CN102284973A - Z向工作台上的重力平衡装置及切割机 - Google Patents

Abstract

本发明提供的Z向工作台上的重力平衡装置，固定于基座上并为溜板提供向上的力的弹性装置。本发明实施例的切割机，包括Z向工作台，Z向工作台包括基座、可转动安装于基座上的丝杠、丝杠上安装通过丝杠转动可相对基座运动的溜板，Z向工作台上安装有重力平衡装置。当安装本发明的重力平衡装置的Z向工作台的运动部件作往复运动，固定于基座上的弹性装置提供向上的力来平衡运动负载向下的重力，解决了丝杠不能自锁问题，同时消除了负载重力的不利影响。本发明的切割机，由于其Z向工作台上安装有本发明的重力平衡装置，解决了丝杠不能自锁问题，同时消除了负载重力的不利影响。运行噪音较小，特别适用于高速、高精度的切割，制造成本也大幅降低。

Description

Z向工作台上的重力平衡装置及切割机

技术领域

本发明涉及一种避免或减少不平衡力的装置，特别是涉及一种Z向工作台上的重力平衡装置及切割机。

背景技术

切割机属于一种半导体后封装专用设备，主要用于硅集成电路、发光二极管、压电陶瓷、石英、铌酸锂、砷化镓、玻璃、蓝宝石、氧化铝和氧化铁等材料的分割划切。切割机是通过高速空气静压主轴带动金刚石刀片高速旋转，将晶圆沿切割道进行切割或划槽的设备。在工作过程中，该设备的Z向工作台的运动部件带动空气静压主轴在划切过程中沿竖直方向做频繁地快速往复运动，在刀具测高过程中做低速运动。因此对Z向工作台的运动部件要求重复精度高，低速时不易产生爬行，频繁换向时易于启动，刚度高，运动平稳、误差小。

现有的切割机的Z向工作台的运动部件大多由滚珠丝杠传动机构带动，而滚珠丝杠基本无自锁，为防止当切割机的控制系统突然断电时，Z向工作台的运动部件因重力作用而下滑，现有的切割机的Z向工作台都安装有保护装置，这种保护装置一般有制动器锁紧、液/气压平衡及重力配重几个种类。

其中，制动器锁紧装置是利用摩擦力平衡运动部件的重力：当运动部件工作时，锁紧机构不起作用；只有当运动部件停止时，锁紧机构的摩擦力才起平衡作用。此方法的最大缺点是，制动器的响应时间必须具有很高的灵敏度，否则对移动部件的定位精度会产生较大的影响。

液/气压平衡装置是在运动部件重力G的相反方向增加一个与其相等的液/气压力F，抵消其重力的作用。但是，当运动部件的速度、加速度较大时，往往会出现液压冲击、驱动过载等问题。气压平衡可以使运动部件达到理想的速度和加速度，但是气压平衡机构的体积较大，增大整机的体积，而且运行噪音也大。

重物配重的保护装置是按运动部件的重量配以同等重量的平衡块。重物配重结构简单，但是，重物配重需要占用较大的安装空间。另外，由于运动部件与配重块之间采用的是非刚性连接，运动部件向下运动时，运动惯量等于运动部件惯量与配重块惯量之和；运动部件向上运动时，总运动惯量仅为运动部件惯量，运动加速度必须小于配重块自由落体加速度，这使运动部件的速度和加速度受到限制。所以，在高精度、高速度的切割机设备中，不适合选用重物配重的保护装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单的Z向工作台上的重力平衡装置。安装这种重力平衡装置的Z向工作台工作时运行噪音较小，既可以解决滚珠丝杠不能自锁问题，又能消除Z向工作台负载重力的不利影响，适合于高精度、高速度的切割机设备。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种运行噪音较小的，既可以解决滚珠丝杠不能自锁问题，又能消除Z向工作台负载重力的不利影响的切割机。

本发明实施例的Z向工作台上的重力平衡装置，所述Z向工作台包括基座、可转动安装于所述基座上的丝杠、所述丝杠上安装通过所述丝杠转动可相对所述基座运动的溜板，所述重力平衡装置包括固定于所述基座上并向所述溜板提供向上的力的弹性装置。

优选的，所述弹性装置为拉簧，所述拉簧的上端固定在所述基座上，所述拉簧的下端固定于所述溜板上。

优选的，所述重力平衡装置还包括第一拉杆、第二拉杆，所述拉簧的上端与所述第一拉杆固定连接，所述拉簧的下端与所述第二拉杆固定连接，所述第一拉杆固定于所述基座上，所述第二拉杆固定于所述溜板上。

优选的，所述拉簧的中心线、所述的第一拉杆的中心线、所述第二拉杆的中心线处于一条直线上。

优选的，所述重力平衡装置还包括第一安装板、第二安装板，所述第一安装板与所述第一拉杆连接，所述第一拉杆通过所述第一安装板固定于所述基座上，所述第二安装板与所述第二拉杆连接，所述第二拉杆通过所述第二安装板固定于所述溜板上。

优选的，所述重力平衡装置还包括第一螺母、第二螺母，所述第一安装板上开有长槽孔，所述第一拉杆穿过长槽孔后通过所述第一螺母、所述第二螺母固定于所述第一安装板上，所述第一安装板通过螺栓固定于所述基座上，所述第二拉杆伸入所述第二安装板的螺孔内，所述第二拉杆与所述第二安装板通过内外螺纹连接在一起，所述第二安装板通过螺栓固定于所述溜板上。

本发明实施例的切割机，包括Z向工作台，所述Z向工作台包括基座、可转动安装于所述基座上的丝杠、所述丝杠上安装通过所述丝杠转动可相对所述基座运动的溜板，所述Z向工作台上安装有重力平衡装置，所述重力平衡装置包括固定于所述基座上并向所述溜板提供向上的力的弹性装置。

优选的，所述弹性装置为拉簧，所述拉簧的上端固定在所述基座上，所述拉簧的下端固定于所述溜板上。

优选的，所述重力平衡装置还包括第一拉杆、第二拉杆，所述拉簧的上端与所述第一拉杆固定连接，所述拉簧的下端与所述第二拉杆固定连接，所述第一拉杆固定于所述基座上，所述第二拉杆固定于所述溜板上。

优选的，所述拉簧的中心线、所述第一拉杆的中心线、所述第二拉杆的中心线处于一条直线上，所述重力平衡装置还包括第一安装板、第二安装板，所述第一安装板与所述第一拉杆连接，所述第一拉杆通过所述第一安装板固定于所述基座上，所述第二安装板与所述第二拉杆连接，所述第二拉杆通过所述第二安装板固定于所述溜板上。

优选的，所述重力平衡装置还包括第一螺母、第二螺母，所述第一安装板上开有长槽孔，所述第一拉杆穿过长槽孔后通过所述第一螺母、所述第二螺母固定于所述第一安装板上，所述第一安装板通过螺栓固定于所述基座上，所述第二拉杆伸入所述第二安装板的螺孔内，所述第二拉杆与所述第二安装板通过内外螺纹连接在一起，所述第二安装板通过螺栓固定于所述溜板上。

优选的，所述重力平衡装置为两个，两个所述重力平衡装置以所述丝杠的中心线为轴左右对称设置，两个所述重力平衡装置的拉簧的中心线与所述丝杠的中心线在同一平面内。

当安装本发明的重力平衡装置的Z向工作台的运动部件作往复运动，固定于基座上的弹性装置提供向上的力来平衡运动负载向下的重力，解决了丝杠不能自锁问题，同时消除了负载重力的不利影响。安装有本发明的重力平衡装置的Z向工作台，很容易实现运动部件频繁地快速往复运动，制造成本也大幅降低，运行噪音较小，适合于高精度、高速度的切割机设备。

本发明的切割机，由于其Z向工作台上安装有本发明的重力平衡装置，解决了丝杠不能自锁问题，同时消除了负载重力的不利影响。运行噪音较小，特别适用于高速、高精度的切割，制造成本也大幅降低。

附图说明

图1为安装有本发明的一种实施例的重力平衡装置的Z向工作台的结构示意图的立体图；

图2为图1中重力平衡装置的结构示意图的立体图；

图3为安装有本发明的一种实施例的重力平衡装置的Z向工作台的结构示意图的主视图，其中隐藏了溜板；

图4为安装有本发明的一种实施例的重力平衡装置的Z向工作台的结构示意图的主视图；

图5为图4的D-D剖视图。

具体实施方式

本发明的Z向工作台上的重力平衡装置，Z向工作台包括基座、可转动安装于基座上的丝杠、丝杠上安装通过丝杠转动可相对基座运动的溜板，重力平衡装置包括固定于基座上并向溜板提供向上的力的弹性装置。

其中，弹性装置可以为拉簧或弹簧，也可以是其它有弹性系数的装置。本实施例中弹性装置为拉簧，拉簧的上端固定在基座上，拉簧的下端固定于溜板上。

当Z向工作台的溜板(运动部件)作往复运动，固定于基座上的弹性装置向溜板提供向上的力来平衡运动负载向下的重力，解决了丝杠不能自锁问题，同时消除负载重力的不利影响。安装有本发明的重力平衡装置的Z向工作台，很容易实现运动部件频繁地快速往复运动，制造成本也大幅降低。

如图1、图3、图4、图5所示，安装有本发明的一种实施例的重力平衡装置1的Z向工作台包括伺服电机2、联轴器3、基座7、可转动安装于基座7上的丝杠4、丝杠4上安装通过丝杠4转动可相对基座7运动的溜板5、Z向直线导轨副6和限位装置8。

伺服电机2通过联轴器3与丝杠4连接。丝杠4为滚珠丝杠，丝杠4与丝杠母41配合，丝杠母41固定安装在丝杠母座42上，丝杠母座42固定安装在溜板5上。溜板5与Z向直线导轨副6的四个滑块61相连接，并跟随滑块61沿竖直方向做直线往返运动。

Z向工作台上设置有两个重力平衡装置1，图3中两个重力平衡装置1以丝杠的中心线C-C为轴左右对称设置，

如图2所示，重力平衡装置1包括拉簧12，拉簧12的上端固定在基座7上，拉簧12的下端固定于溜板5上。两重力平衡装置1的拉簧12的中心线A-A和B-B与丝杠4的中心线C-C在一个平面内。

重力平衡装置1还包括第一拉杆13、第二拉杆17，拉簧12的上端与第一拉杆13固定连接，拉簧12的下端与第二拉杆13固定连接，第一拉杆13固定于基座7上，第二拉杆13固定于溜板5上。其中，拉簧12的一端挂在第一拉杆13上的第一挂孔133上，拉簧12的另一端挂在设置在第二拉杆17上的第二挂孔177上。拉簧12的中心线、第一拉杆13的中心线、第二拉杆17的中心线处于一条直线上。

重力平衡装置1还包括第一安装板11、第二安装板16，第一安装板11与第一拉杆13连接，第一拉杆13通过第一安装板11固定于基座7上，第二安装板16与第二拉杆17连接，第二拉杆17通过第二安装板16固定于溜板5上。重力平衡器装置1的第一安装板11通过螺栓固定到基座7的上部，重力平衡器装置1的第二安装板16通过螺栓固定安装在溜板5的下部，在Z向工作台在竖直方向做直线往返运动的过程中，拉簧12上端固定。拉簧12下端则随溜板5沿竖直方向的直线往返运动而伸缩。在伸缩过程中，拉簧12一直向溜板5提供向上的拉力。

为了很方便地将挂有拉簧12的第一拉杆13固定在第一安装板11上，同时方便地调节第一拉杆13相对第一安装板11的位置。重力平衡装置1还包括第一螺母14、第二螺母15，第一安装板上开有长槽孔111，第一拉杆13穿过长槽孔111后通过第一螺母14、第二螺母15固定于第一安装板11上，第一安装板11通过螺栓固定于基座7上，第二拉杆17伸入第二安装板16的螺孔内，第二拉杆17与第二安装板16通过内外螺纹连接在一起，第二安装板16通过螺栓固定于溜板5上。第一拉杆13上设置有外螺纹，借助第一螺母14和第二螺母15将第一拉杆13其固定在第一安装板11上。第一螺母14固定在第一安装板11上方，第二螺母15固定在第一安装板11下方，通过调节第一螺母14和第二螺母15可调节第一拉杆13的位置。第一拉杆13、第二拉杆17和拉簧12三者应该保证同轴。

本发明的切割机，包括上述Z向工作台，Z向工作台上安装有本发明的重力平衡装置。

本发明的重力平衡装置结构简单新颖，特别适用于高速、高精度的切割设备上，当切割设备工作时，Z向工作台的运动部件带动高速空气静压主轴在划切过程中做频繁地快速往复运动，固定于基座上并向溜板(运动部件)提供向上的力的弹性装置的拉力可以平衡运动负载的重力，由此工作台在竖直状态下工作承受的负载与工作台在水平状态下工作承受的负载基本相同，因此对电机的性能要求降低，电机工作只需要克服系统的摩擦力，而不需要克服空气静压主轴的重力，容易实现运动部件频繁地快速往复运动，制造成本也大幅降低。

安装有本发明的重力平衡装置的Z向工作台运行噪音较小，系统刚度高，运动平稳，误差小，重复精度高，定位精度为±0.002mm/50mm，重复定位精度≤0.002mm/50mm，运动部件低速运动时不易产生爬行，频繁换向时易于启动。

本发明的切割机，由于其Z向工作台上安装有本发明的重力平衡装置，运行噪音较小，特别适用于高速、高精度的切割，制造成本也大幅降低。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种Z向工作台上的重力平衡装置，所述Z向工作台包括基座、可转动安装于所述基座上的丝杠、所述丝杠上安装通过所述丝杠转动可相对所述基座运动的溜板，其特征在于，所述重力平衡装置包括固定于所述基座上并向所述溜板提供向上的力的弹性装置。

2.如权利要求1所述的Z向工作台上的重力平衡装置，其特征在于，所述弹性装置为拉簧，所述拉簧的上端固定在所述基座上，所述拉簧的下端固定于所述溜板上。

3.如权利要求2所述的Z向工作台上的重力平衡装置，其特征在于，所述重力平衡装置还包括第一拉杆、第二拉杆，所述拉簧的上端与所述第一拉杆固定连接，所述拉簧的下端与所述第二拉杆固定连接，所述第一拉杆固定于所述基座上，所述第二拉杆固定于所述溜板上。

4.如权利要求3所述的Z向工作台上的重力平衡装置，其特征在于，所述拉簧的中心线、所述的第一拉杆的中心线、所述第二拉杆的中心线处于一条直线上。

5.如权利要求4所述的Z向工作台上的重力平衡装置，其特征在于，所述重力平衡装置还包括第一安装板、第二安装板，所述第一安装板与所述第一拉杆连接，所述第一拉杆通过所述第一安装板固定于所述基座上，所述第二安装板与所述第二拉杆连接，所述第二拉杆通过所述第二安装板固定于所述溜板上。

6.如权利要求5所述的Z向工作台上的重力平衡装置，其特征在于，所述重力平衡装置还包括第一螺母、第二螺母，所述第一安装板上开有长槽孔，所述第一拉杆穿过长槽孔后通过所述第一螺母、所述第二螺母固定于所述第一安装板上，所述第一安装板通过螺栓固定于所述基座上，所述第二拉杆旋入所述第二安装板的螺孔内，所述第二拉杆与所述第二安装板通过内外螺纹连接在一起，所述第二安装板通过螺钉固定于所述溜板上。

7.一种切割机，包括Z向工作台，所述Z向工作台包括基座、可转动安装于所述基座上的丝杠、所述丝杠上安装通过所述丝杠转动可相对所述基座运动的溜板，其特征在于，所述Z向工作台上安装有重力平衡装置，所述重力平衡装置包括固定于所述基座上并向所述溜板提供向上的力的弹性装置，所述弹性装置为拉簧，所述拉簧的上端固定在所述基座上，所述拉簧的下端固定于所述溜板上。

8.如权利要求7所述的切割机，其特征在于，所述重力平衡装置还包括第一拉杆、第二拉杆，所述拉簧的上端与所述第一拉杆固定连接，所述拉簧的下端与所述第二拉杆固定连接，所述第一拉杆固定于所述基座上，所述第二拉杆固定于所述溜板上，所述拉簧的中心线、所述第一拉杆的中心线、所述第二拉杆的中心线处于一条直线上，所述重力平衡装置还包括第一安装板、第二安装板，所述第一安装板与所述第一拉杆连接，所述第一拉杆通过所述第一安装板固定于所述基座上，所述第二安装板与所述第二拉杆连接，所述第二拉杆通过所述第二安装板固定于所述溜板上。

9.如权利要求8所述的切割机，其特征在于，所述重力平衡装置还包括第一螺母、第二螺母，所述第一安装板上开有长槽孔，所述第一拉杆穿过长槽孔后通过所述第一螺母、所述第二螺母固定于所述第一安装板上，所述第一安装板通过螺栓固定于所述基座上，所述第二拉杆伸入所述第二安装板的螺孔内，所述第二拉杆与所述第二安装板通过内外螺纹连接在一起，所述第二安装板通过螺栓固定于所述溜板上。

10.如权利要求8或9任一项所述的切割机，其特征在于，所述重力平衡装置为两个，两个所述重力平衡装置以所述丝杠的中心线为轴左右对称设置，两个所述重力平衡装置的拉簧的中心线与所述丝杠的中心线在同一平面内。

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