CN1006048B

CN1006048B - 控制可动部件的精密定位方法和装置

Info

Publication number: CN1006048B
Application number: CN85109558.5A
Authority: CN
Inventors: 查尔斯·亚当斯
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-12-10
Filing date: 1985-12-10
Publication date: 1989-12-13
Also published as: GB2168272B; GB2168272A; AU551011B3; AU576920B2; EP0184821A1; US4607461A; GB8530262D0; DE3582725D1; SG29388G; EP0184821B1; AU5105685A; CN85205797U; CN85109558A; DE8534709U1; CA1260686A; ATE63075T1; JPS61142040A; HK56388A

Abstract

控制可动部件的精密定位方法和装置。包括一个悬架一部件安装装置的底板，这部件安装装置用于固定部件。该部件安装装置可以沿着它的长轴移动，给其内端施加驱动力，从而使外端沿轴向前后移动。该部件安装装置安装在两个平行悬架的细长的板簧上，板簧横向穿过部件安装装置。板簧固定在部件安装装置上，对部件安装装置保持施加一个轴向力。板簧的每端安装在一块安装块上，每个安装块都用枢轴安装在底板上。

Description

控制可动部件的精密定位方法和装置

本发明涉及一种定位装置，特别是用以提供可动部件可控精密定位的定位装置。

现在用于刀具或切割器等部件定位的定位装置，一般包括一块拖板（往往通过滚珠轴承装置移动）和一个提供传动力和定位的丝杠。这些拖板受三个方面因素的影响，其位移不能小于50/1，000，000英寸（0.00127毫米）。这三个方面的因素是“蠕动（爬行）”（Stick-Slip）、“游隙”（backlash）和支承表面的磨损。

“蠕动（爬行）”是由于相邻表面之间的摩擦，在静止状态时拖板的移动件有粘附或卡住的趋势。虽然这个问题通过采用滚珠轴承拖板在开始时有所克服，但是，由于磨损和污染，最终还是要产生“蠕动（爬行）”现象。补救这个问题的唯一方法是给拖板施加一外力或用小槌轻轻敲打一下，直至其移动。当采用第一种方法时，产生的位移通常是猛冲一下或跳跃一下，可能为所要求位移的两倍或三倍。用小槌轻轻敲打拖板的方法虽然很原始，但确有成效。不过，它却不能可靠地用于十分精确的定位。

“游隙”是在对拖板部件施加压力前丝杠产生自由活动的倾向。在要求反向位移的场合，例如当该部件向前移动太多和要求稍稍退回的时候，这种“游隙”很明显。在理论上，“游隙”的出现是由于在丝杠和螺母之间要求有一间隙以防止卡住。但是，当丝杠反向转动时，它利用螺纹的背面。当丝杠从螺纹的前面到螺纹的背面通过间隙往复运动时，产生一个“游隙”。这种“游隙”看起来是无关紧要的，但是它妨碍了经常需要的精密微调定位。

现在定位装置的第三个主要问题是滑板表面的磨损。如上所述，最初的结果是令人满意的，特别是用滚珠轴承的拖板。然而，由于表面之间的摩擦而产生的磨损，最终导致使滑板产生间隙，从而不可避免地产生定位误差。这个问题由大多数的切削加工产生的废屑所引起的外来物污染而加剧。

此外，一些机床必须安装一个在给定点上能够将拖板牢固销紧的装置。这种锁紧可以用不同的装置来实现。但是，这些装置通常会使拖板产生挠曲，从而足以使定位产生误差。

至今，为了使可移动部件能准确定位，已经有人推荐过不少方法和装置。

这些方法和装置可以从下列美国专利中查到：

美国专利号专利权人

1122713 （Fisler）菲休

1322352 （Schellenbach）斯克伦贝

2065966 （Bruning）勃鲁宁

2370742 （Mercer）麦思

2377239 （Kasen）凯森

2391142 （Drake）扎克

2852966 （Olson）欧松

3361018 （Druchman）查克曼

菲休申请的美国专利1122713公开了一种车床的刀具调整装置。该专利公开了一种移动切削刀具的拖板，并且有一重物附在拖板上，以便对由丝杠进给系统传动的拖板施加一个轴向载荷。

斯克伦贝克申请的美国专利1322352公开了一种自动车床使用的移动刀具用的并且由丝杠进给系统传动的滑板。

勃鲁宁申请的美国专利2065966公开了一种切削刀具弹性刀把。该专利公开的刀把中，如果刀具或工件有发生损坏或断裂的危险时，刀具能弹性地退让。弹性部件由一块钢板弹簧或几块钢板弹簧叠加而成。

麦思申请的美国专利2370742公开了另一种刀把，它能避免产生扭曲和断裂，它也是用钢板弹簧组成的。

凯森申请的美国专利2377239公开了一种安装和调整装置。凭藉这种装置，刀具在凸轮传动的拖板上移动，而凸轮靠丝杠来调节。另外，拖板还承受螺旋弹簧的轴向力。

扎克申请的美国专利2391142公开的一种刀把，允许刀具离开工件。这种装置装有螺旋弹簧，其弹性率是可变的，因而产生不同的张力，以控制刀具动作。

欧松申请的美国专利2852966提供的刀把能从切削表面退刀而不产生擦伤，并且可以进行细微的调节。该专利发明的刀把沿着拖板移动，而拖板受螺旋弹簧力的作用。查克曼申请的美国专利3361018公开的用于车床的刀把，有一对平行的扁平弹簧片，弹簧片的下部边缘固定在车床上，上部安装刀把。

海克等人申请的美国专利3626769公开了一种工件的定位装置，可对待切割的半导体晶片进行平移和转动定位。有一对平行的弹簧片和驱动凸轮。

本发明的目的，是提供一种不受表面间摩擦作用的精密定位方法和装置，而不同于以前的任何一种装置。本装置在定位前或退刀前，都不会产生自由活动，而且严格沿直线移动。

根据本发明，提供一种控制可动部件精确定位的方法，包括步骤：

将一可动部件装在一细长挠曲件上，该挠曲件呈二平行分隔的板簧的形式，能够对可动部件施加一弹簧力，

将板簧放在靠近底板但又与其分开的位置上，

对可动部件的内端施加一驱动力，将其向前或向后移动，

将可动部件装在板簧两端之间大致中央处;

将板簧（70，72，74）装到底板（24）上，允许板簧件各端在底板（24）上做有限的活动，使装在所述板簧上的可动部件（60）沿一靠近并平行于底板（24）的直线运动。

根据本发明，还提供一种用于实现上述方法的，控制可动部件精确定位的装置，包括：

一块刚性的底板;

悬架在该底板上的部件安装装置，用以安装可动部件，该部件安装装置可沿着一轴线往复移动，并有一个外端，

从部件安装装置横向伸出的细长挠曲件该挠曲件呈平行隔开的板簧的形式顶着该挠曲件的阻力驱动部件安装装置的驱动装置，

该部件安装装置被固定干挠曲件上，位于板簧（70，72，74）两端的大致中央，

位于该板簧（70，72，74）各端的挠曲件安装装置（31，32，33，34），用于将各板簧（70，72，74）的各端装在底板（24）上，允许挠曲件的各端在底板（24）上作有限的活动，因而使装在部件安装装置上的部件（76）能由施加于该部件安装装置（60）内端（62）上的顶着挠曲件的力的驱动力精确地定位。

正如下文要详细介绍的那样，本发明提供的定位方法和装置，能够使部件重复精确定位，其精度可达5/1，000，000英寸（0.000127毫米）。这一精度过去从来没有达到过。而且这种装置经济、可靠和耐用，不易受上述几个因素的影响，维修量很少，可以在加工条件极差的环境下连续使用。

图1是连接精密定位装置的磨床前轴测图。该定位装置是根据本发明的原则制造的，与工作床身连在一起。

图2是本发明精密定位装置的一个最佳实施例的俯轴测图。图中表示了安装在该装置安装件一端的刀具。

图3是图2所示的装置的俯视平面图，图中所示装置处于静止状态。

图4是装置处于工作状态的俯视平面图。

图5是图3所示装置的并且沿着5-5线作的垂直剖面图。

图6是图3中沿6-6线所截的装置中安装块剖面图。

现在详细叙述附图，图1中的10是按照本发明的原理制造的很精密的定位装置。该装置上装有砂轮12，用于磨削安装在工作床身16上的工件14。

装置10安装在靠近或连在工作床身16的支承座18上，由丝杠进给传动装置20传动，丝杠进给传动装置包括马达或齿轮减速机22。

装置10包括一块底板24，其上安装有四个安装块31-34。每一个安装块31-34都有一通孔41、42、43或44（图2），每一个通孔内安放一个销或键51、52、53或54（图2），每一块安装块的下端固定在底板24上。

装置10还包括一个部件安装装置60，被装成在底板24上移动。安装杆有一个内端62，一个外端64和上侧面66。丝杠进给传动装置20作用在内端上，砂轮12安装在上侧面上。

部件安装装置60由挠曲件70支撑，以便能悬在底板24上移动。挠曲件包括两块细长的弯曲扁钢板弹簧72和74，弹簧的两端分别固定在安装块31、32、33和34上。部件安装装置60安装在板簧72和74上，这在下面将要作更为详细的介绍。

图2所示的定位装置10带有切削刀具76，切削刀具装在部件安装装置60的外端64上，用于切削工件78。

外端64可以有一个用于收容或固定刀具76的专门结构。另外，部件安装装置60的上侧面66上有4个螺栓孔81-84，用于安装如图1所示的砂轮12之类的刀具。

如图3所示，部件安装装置60有两个平行槽孔86和88。板簧72穿过槽孔86，而板簧74穿过槽孔88。板簧72和74用定位销90和92分别固定在部件安装装置60适当的位置上，并用夹持器（图中未示出）夹紧在部件安装装置60上。夹持器安放在端块94和96中，在图3和图4中看得很清楚。

丝杠进给传动装置20通过端块94移动部件安装装置60。这种移动使刀具76或砂轮12切入或离开被加工的工件78或14。由于部件安装装置60悬空安装在底板24上。因此，在两个部件之间无须润滑，而且部件安装装置60不会受被加工的工件14或78积累起来的油泥、灰尘和残留物等的影响。杆60的这种安装方法避免了前面所讲的“蠕动（爬行）”现象。

每一块安装块31-34都有一条槽101、102、103和104，从图6看得很清楚。图6是通过块31的剖面图，示出槽101。板簧72的一端106安放在槽101中，并且用定位销108固定在适当的位置。定位销可以是图中所示的带螺纹的柱头螺钉108。

正如图3和图4所示，用这种方法安装扁平挠曲弹簧72和74在朝安装杆60的内端62方向上给部件安装装置施加一个轴向力是很理想的。这个轴向力通过选择合适弹性强度的弹簧72和74，并按一定要求安装来达到的。当将挠曲弹簧72和74安装到安装块31-34上时，要将弹簧的弓背朝固定杆60内端62。这个轴向力能防止前面所述的丝杠进给传动装置20的游隙。

扁平挠曲弹簧72和74可以是象用于车辆悬挂系统的扁平弹簧片。

选择安装块31-34的铰装方法和销子51的铰支轴110和扁平弹簧72的平面112（实际上是槽101的中心平面）的距离D（图6），以保证：（a）安装块31-34能够绕销子51-54自由旋转，并且允许丝杠进给传动装置克服扁平挠曲弹簧72和74产生的轴向力自由移动部件安装装置60;（b）当槽孔86和88分别和安装块槽孔101、102、103和104对准时，扁平弹簧72和74呈直线形状，没有皱折，如图4所示。

为了达到这个目的，槽孔101-104可以进一步远离各自的通孔41-44，不要与通孔相通，如图6所示。

在使用中，定位装置10靠近待加工的物体（工件14或78）放置。操纵丝杠进给传动装置20对部件安装装置60的内端62施加一个驱动力，使部件安装装置60安全按直线移动，不产生任何侧向位移。当然，驱动力必须足以克服挠曲机构70产生的轴向力，移动刀具（砂轮12或刀具76）与待加工物体接触，并按技术要求进行加工。一旦达到这个技术条件，丝杠进给传动装置20就反向退回。

试验业已表明，由于刀具（12或76）在装置10的连续压力或轴向力的作用下，刀具定位控制十分精确，其公差可达5/1，000，000英寸（0.000127毫米）。

定位装置10与刀具76或砂轮12可以连接在一起使用。这一点可以这样理解，本发明的装置10同样适用于其它要求精确控制定位的可移动部件，例如科学仪器、制粒机叶片的固定装置等。

另外，装置10表明具有两片长方形扁平弹簧72和74时，应当理解为：只要挠曲弹簧起相同的作用，其数量和类型可以变化。

综上所述，很明显，本发明中的装置10具有许多优点，其中一些优点已在文中阐述，另外一些优点则是本发明所固有的。同样很显然，对装置10可以进行改进而不离开本发明的原理。因此，本发明的范围仅仅受附加的权利要求限制。

Claims

1、一种控制可动部件精密定位的方法，包括步骤：

将板簧放在靠近底板但又与其分开的位置上，

对可动部件的内端施加一驱动力，将其向前或向后移动，

其特征为有以下步骤：

将可动部件装在板簧两端之间大致中央处;

将板簧（70，72，74）装到底板（24）上，允许板簧的各端在底板（24）上做有限的活动，使装在所述板簧上的可动部件（60）沿一靠近并平行于底板（24）的直线运动。

2、如权利要求1的方法，其特征为有步骤将该板簧（70，72，74）的各端通过枢轴装在底板（24）上。

3、用于实现权利要求1所述方法的，控制可动部件精密定位的装置包括：

一块刚性的底板;

从部件安装装置横向伸出的细长挠曲件，该挠曲件呈平行隔开的板簧的形式，

顶着该挠曲件的阻力驱动部件安装装置的驱动装置，

其特征为：

该部件安装装置被固定于挠曲件上，位于板簧（70，72，74）两端的大致中央，

4、如权利要求3的装置，其特征为位于各板簧（70，72，74）各端的挠曲件安装装置包括安装块（31，32，33，34），用于把板簧各端通过枢轴装在底板（24）上，允许各板簧（70，72，74）的各端绕着固定的枢轴（51，52，53，54）在所述底板上方作有限的活动。

5、如权利要求4的装置，其特征为每个挠曲件安装装置（31，32，33，34）包括一个安装块（31，32，33，34），各安装块（31，32，33，34）通过枢轴安装在底板（24）上，以便绕固定的枢轴（51，52，53，54）作有限的活动，各板簧（72，74）的各端装在该安装块（31，32，33，34）之一上。

6、如权利要求4的装置，其特征为支轴（51，52，53，54）和装在安装块（31，32，33，34）之一上的各板簧端平面之间的距离，与弧形的板簧（72.74）的曲率有关，它允许板簧（72.74）从其弧形位置移动到其直线位置，板簧在各安装块（31，32，33，34）中的各个端部随着绕枢轴（51，52，53，54）转动，各板簧不发生皱折。

7、如权利要求4的装置，其特征为4个枢轴（51，52，53，54）各自的一端被固定在底板（24）上，各安装块（31，32，33，34）有一孔（41，42，43，44）用以容纳枢轴（51，52，53，54）之一，使各安装块（31，32，33，34）能绕该些枢轴（51，52，53，54）之一转动。

8、如权利要求4的装置，其特征为该安装块（31，32，33，34）有一条槽（101，102，103，104），板簧（72，74）之一的端部配入安装块之一的一条所述槽（101，102，103，104）中，并被安装在该处。

9、如权利要求3的装置，其特征为部件安装装置包括一个杆（60），它有两个槽孔（86，88），用来容纳各板簧（72，74）。

10、如权利要求3的装置，其特征为部件安装装置（60）适于在其外端（64）安装一个切削刀具（76）。

11、如权利要求3的装置，其特征为部件安装装置（60）适于在其顶面（66）上安装一个磨削头（12）。

12、如权利要求3的装置，其特征为该装置配备有一个连接到部件安装装置（60）的内端（62）上的丝杠进给驱动机构。