CN102091962A - 一种用于变椭圆活塞加工的微进给机构 - Google Patents

Abstract

一种用于变椭圆活塞加工的微进给机构，涉及一种变椭圆活塞加工设备。设有基座、柔性铰链、限位开关、光栅尺定尺、光栅尺动尺、固定块、转接盘、音圈电机动子、音圈电机定子、传动轴、碟形弹簧、端盖和滚动轴承。柔性铰链和光栅尺定尺固定在基座上，光栅尺动尺固定在固定块上并与柔性铰链连接，限位开关固定在设于基座上的凸台顶部；音圈电机动子与转接盘固定，定子固定在基座的后壁上；传动轴固定在转接盘上，转接盘固定在柔性铰链上，传动轴后部设有蝶形弹簧，滚动轴承穿过传动轴与设于基座后壁上的通孔并固定，端盖固定在基座上。不仅具有起动推力大、传动刚度高、动态响应快、定位精度高等优点，而且采用零传动，可消除传统的螺杆间隙误差。

Description

一种用于变椭圆活塞加工的微进给机构

技术领域

本发明涉及一种变椭圆活塞加工设备，尤其是涉及一种用于变椭圆活塞加工的微进给机构。

背景技术

21世纪，随着科学技术的飞跃发展，现代制造业正以崭新的面貌出现在世人面前。为了满足各领域对产品和装备加工精度和表面质量的要求，精密加工和超精密加工技术迅速发展，成为现代航空航天、微电子、光学、机器人、生物、医学及遗传工程等先进技术发展的基础；同时也成为制造惯性仪表、天文望远镜、磁盘、CD(光盘)、VTR(录像头)、激光打印机、光学医疗仪器等技术密集型产品的关键技术。超精密加工技术由20世纪60年代初期形成至今，其加工精度已由1～0.5μm发展到0.05～0.005μm的水平，进入了纳米加工精度时代。

变椭圆活塞加工是超精密加工中一种重要的加工方式，主要用于加工金属平面反射镜、非球曲面光学透镜等的超精表面。要实现变椭圆活塞加工，除需要配备超精密车床、高精度测量设备及锋利的金刚石刀具外，采用高精度的微进给机构，在很大程度上提高了超精密加工所能达到的精度水平。

微进给机构一般指行程范围为毫米级，位移分辨率及定位精度达到纳米级(甚至亚纳米级)的位移机构。微进给机构通常由微位移器和精密导轨两部分组成，其技术研究不仅关系到超精密车床研制，而且是精密机械、微电子、生物工程等多种学科赖以发展的基础。如：随着微电子技术向大规模集成电路(LSI)和超大规模集成电路(VLSI)方向发展，线条越来越细化，16KM动态RAM线宽已缩小到0.07μm左右，对于相应的工艺设备(如图形发生器、分步重复照相机、光刻机、电子束和X射线曝光机及其检测设备等)提出了更高的要求，要求这些设备的定位精度为线宽的1/3～1/5，即亚微米甚至纳米级的精度。可见，微进给技术是实现纳米级加工精度和提高各学科水平的关键所在。因此，开展微进给机构的研究非常有必要而且具有广阔的应用前景。

中国专利CN2344115公开一种车削椭圆或变椭圆活塞机构，它包括床体、电机，床鞍上增装二层拖板，拖板的滑导与床鞍的滑导相垂直，一个椭圆靠模座装在床鞍中部，在靠模轴的下端装有伞齿轮，它与光杆上的伞齿轮相啮合，靠模轴的中部装有椭圆靠模或变椭圆靠模，它与安装在第二层拖板上的靠轮相接触，并进行摩擦传动。工作时，工件作旋转运动，车刀按椭圆或变椭圆规律作径向进给变化，把工件车削成椭圆或变椭圆形状。

中国专利CN2100493公开一种95型柴油发动机用活塞，可用于单缸柴油发动机，也可用于多缸柴油发动机。活塞裙部是中凸变径椭圆的结构形状，其规律为从裙部底端向上长径由小变大再变小，短径为由大变小，并且减小配缸间隙。达到活塞裙部接触面均匀，有足够的承压面积承受活塞受到的侧推力保证活塞运动平稳，并能形成均匀的油膜，减小阻力，减少了不必要的功率损失。

中国专利CN2085702公开一种万能磨刀机微进给机构，该机构由装配于万能磨刀机主轴B左端的手把、刻度圈、螺母、螺杆、端盖、盖、挡圈组成的微进给装置及装配于磨刀机体上的止紧螺钉、双螺套、销子组成的主轴套A松开、止紧装置构成。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不仅具有起动推力较大、传动刚度较高、动态响应较快、定位精度较高等优点，而且采用零传动，可消除传统的螺杆间隙误差的用于变椭圆活塞加工的微进给机构。

本发明设有基座、柔性铰链、2个限位开关、光栅尺定尺、光栅尺动尺、固定块、转接盘、音圈电机动子、音圈电机定子、传动轴、碟形弹簧、端盖和滚动轴承。

柔性铰链和光栅尺定尺固定在基座上，光栅尺动尺固定在固定块上并通过固定块与柔性铰链相连接，2个限位开关固定在设于基座上的方形凸台顶部，音圈电机动子与转接盘固定，音圈电机定子固定在基座的后壁上，传动轴固定在转接盘上，转接盘固定在柔性铰链上，传动轴后部设有4个蝶形弹簧，2个滚动轴承穿过传动轴与设于基座后壁上的通孔并通过过盈配合固定，端盖固定在基座上。

所述柔性铰链通过螺钉固定在基座上。所述音圈电机动子与转接盘固定，可采用内六角螺钉固定。所述传动轴固定在转接盘上，可采用传动轴通过紧固螺钉固定在转接盘上。

工作时，系统控制音圈电机使其进行进给运动，在进给运动过程中，音圈电机动子往进给方向运动，转接盘也随之运动，由于转接盘与柔性铰链相固连，因此柔性铰链也往进给方向运动。此外，由于传动轴也与转接盘连接，因此传动轴也做相同的运动。由于系统在做高频进给运动时会产生振动，因此碟形弹簧发挥了减振的作用。基座凸台顶部有2个限位开关，对其进行限位，还有光栅尺，实现对其运动的反馈。

由此可见，本发明具有以下突出优点：

1)高频响应。由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的机械传动件(如丝杠等)，国在线使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高，反应异常灵敏快捷。

2)精度高。由于采用音圈电机驱动，取消了因丝杠等机械机构产生的传动间隙和误差，因此减少了插补运动时因传动系统滞后带来的跟踪误差，通过直线位置检测反馈控制，即可大大提高机床的定位精度。

3)动刚度高。由于采用“直接驱动”，因此避免了启动、变速和换向时因中间传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象，同时也提高了其传动刚度。

4)不仅速度快、加减速过程短，而且可以实现较大的推力。

5)加工对象可选范围大。由于采用音圈电机驱动，因此可以实现较大的行程量。

6)利用本发明在变椭圆活塞加工加工当中可以实现高速的进给，使其加工精度得到很大的提高。

附图说明

图1是本发明实施例的结构组成示意图。

图2为本发明实施例的结构组成俯视图。

图3是图2的A-A剖视图。

图4为本发明实施例的结构组成主视图。

图5为本发明实施例中柔性铰链的结构组成示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1～5，本发明实施例设有基座1、柔性铰链2、限位开关3、光栅尺定尺4、光栅尺动尺5、固定块6、转接盘7、音圈电机动子8、音圈电机定子9、传动轴10、碟形弹簧11、端盖12、滚动轴承13和紧固螺钉14。

柔性铰链2通过6个螺钉固定在基座1上，光栅尺定尺4固定在基座1上，光栅尺动尺5固定在固定块6上并通过固定块6与柔性铰链2相连接，基座1上的方形凸台顶部固定有2个限位开关3，音圈电机动子8与转接盘7采用内六角螺钉固定，音圈电机定子9固定在基座1的后壁上，传动轴10通过紧固螺钉14固定在转接盘7上，并且转接盘7固定在柔性铰链2上，传动轴3的后部有4个蝶形弹簧11通过轴肩和端盖12实现其定位，2个滚动轴承13穿过传动轴与基座1的后壁上的孔通过过盈配合来固定，端盖12固定在基座1上。

工作时，系统控制音圈电机8、9使其进行进给运动，在进给运动过程中，音圈电机动子8往进给方向运动，转接盘7也随之运动，由于转接盘7与柔性铰链2相固连，因此柔性铰链2也往进给方向运动。此外，由于传动轴10也与转接盘7连接，因此传动轴10也做相同的运动。由于系统在做高频进给运动时会产生振动，因此碟形弹簧11就发挥了减振的作用。基座1凸台顶部有2个限位开关3，对其进行限位，还有光栅尺定尺4和光栅尺动尺5，实现对其运动的反馈。

Claims (4)

1.一种用于变椭圆活塞加工的微进给机构，其特征在于设有基座、柔性铰链、2个限位开关、光栅尺定尺、光栅尺动尺、固定块、转接盘、音圈电机动子、音圈电机定子、传动轴、碟形弹簧、端盖和滚动轴承；

柔性铰链和光栅尺定尺固定在基座上，光栅尺动尺固定在固定块上并通过固定块与柔性铰链相连接，2个限位开关固定在设于基座上的方形凸台顶部，音圈电机动子与转接盘固定，音圈电机定子固定在基座的后壁上，传动轴固定在转接盘上，转接盘固定在柔性铰链上，传动轴后部设有4个蝶形弹簧，2个滚动轴承穿过传动轴与设于基座后壁上的通孔并通过过盈配合固定，端盖固定在基座上。

2.如权利要求1所述的一种用于变椭圆活塞加工的微进给机构，其特征在于所述柔性铰链通过螺钉固定在基座上。

3.如权利要求1所述的一种用于变椭圆活塞加工的微进给机构，其特征在于所述音圈电机动子采用内六角螺钉与转接盘固定。

4.如权利要求1所述的一种用于变椭圆活塞加工的微进给机构，其特征在于所述传动轴通过紧固螺钉固定在转接盘上。

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