CN103978392A - 基于移动支撑的刚度频率可调的微进给装置 - Google Patents

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    • B23Q5/00—Driving or feeding mechanisms; Control arrangements therefor
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    • B23Q5/28—Electric drives

Abstract

本发明涉及用快刀伺服原理加工光学自由曲面的设备，本发明具体涉及基于移动支撑的刚度频率可调的微进给装置，具有弹性的薄膜组设于微动工作台的两侧，并将微动工作台固定于基座内，驱动电机固定于底板，其电机轴连接基座；还包括步进电机、爪盘和双向滚珠丝杆机构；双向滚珠丝杆机构沿着薄膜组的方向，通过轴承安装于基座，步进电机与双向滚珠丝杆机构连接；两个爪盘分别固定于双向滚珠丝杆结构的移动件上，分别位于基座的两侧，爪盘设有沿着薄膜组方向设置的爪槽，薄膜组卡装于爪槽内。本发明采用上述结构，调节薄膜的移动支撑位置，实现固有频率的调节，与预紧力调节相比，消耗能源小。

Description

基于移动支撑的刚度频率可调的微进给装置
技术领域
本发明涉及用快刀伺服原理加工光学自由曲面的设备，本发明具体涉及基于移动支撑的刚度频率可调的微进给装置。
背景技术
为了实现光学自由曲面的精确加工，精确、稳定的进给机构显得尤为重要，因为它与产品的质量密切相关。另外，复杂光学自由曲面由于体积小，精度高更是对微进给机构提出了严格的要求。微进给系统是加工此类产品的基础，其广泛应用于快刀伺服进给系统，微动工作台和宏微复合平台等中。传统的微进给装置通常采用固定频率设计，但是在加工不同产品时，其驱动频率通常会变化，这样会导致位移放大因子不一致，从而使得位移放大失真。此外，由于制造装配误差，通常使得实际频率跟设计频率不符。
在先技术专利号：201210250524.7公开了这样一种快速伺服装置：该快刀伺服装置总体结构的主要部件包括基座、预应力薄膜、微动工作台、旋转梁和压电驱动器。压电驱动器产生的位移作用到旋转梁上，旋转梁通过柔性铰链带动两个预应力薄膜支撑的微动工作台运动，由于预应力薄膜的牵制作用，微动工作台垂直方向的运动被抑制，产生的主要运动是快刀伺服所需的水平方向的运动。这种装置可以通过调节预应力薄膜的预紧力，从而改变快刀伺服系统的固有频率，以适应压电执行器不同驱动频率的需要。此技术克服了微进给装置频率不能调节的问题，但是在工作时动态调节预紧力会存在两个缺陷：1、会产生过大的能源消耗；2、产生过高的温度，影响快速伺服装置的精度。
发明内容
本发明的目的在于提出基于移动支撑的刚度频率可调的微进给装置，能根据不同的驱动频率来调节结构的固有频率，并且在工作时动态调节预紧力消耗能源少，温度低，不会影响微进给装置精度。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
基于移动支撑的刚度频率可调的微进给装置，包括基座、底板、微动工作台、薄膜组和驱动电机，所述基座固定于底板，具有弹性的所述薄膜组设于所述微动工作台的两侧，并将所述微动工作台固定于所述基座内，所述驱动电机固定于底板，其电机轴连接所述基座；
还包括步进电机、爪盘和双向滚珠丝杆机构；所述双向滚珠丝杆机构沿着所述薄膜组的方向，通过轴承安装于所述基座，所述步进电机与所述双向滚珠丝杆机构连接；
两个所述爪盘分别固定于所述双向滚珠丝杆结构的移动件上，分别位于所述基座的两侧，所述爪盘设有沿着所述薄膜组方向设置的爪槽，所述薄膜组卡装于所述爪槽内。
还包括电容极板组，位于所述微动工作台进给方向的端部；所述电容极板组包括两个平行设置的电极，分别固定于所述微动工作台和所述基座。
两个平行设置的所述电极的非工作面设有绝缘层。
所述驱动电机通过所述驱动电机座固定于所述底板。
所述步进电机通过所述步进电机座固定于所述底板。
所述轴承通过轴承座固定于所述基座。
所述基座、微动工作台和薄膜组是一体式结构。
所述一体式结构为金属材质。
所述一体式结构通过螺栓与所述底板固定。
所述驱动电机为音圈电机。
本发明采用上述结构，能根据不同的驱动频率来调节结构的固有频率，并且在工作时动态调节预紧力消耗能源少，温度低，不会影响微进给装置精度。
附图说明
图1是本发明一种实例的俯视结构示意图。
图2是本发明一种实例的仰视结构示意图。
图3是本薄膜组一种实例的变形示意图。
其中：轴承座1、基座2、底板3、微动工作台4、薄膜组5、步进电机座6、步进电机7、驱动电机座8、驱动电机9、轴承10、爪盘11、双向滚珠丝杆机构12、电容极板组13、绝缘层14。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1至图2所示，基于移动支撑的刚度频率可调的微进给装置，包括基座2、底板3、微动工作台4、薄膜组5和驱动电机9，所述基座2固定于底板3，具有弹性的所述薄膜组5设于所述微动工作台4的两侧，并将所述微动工作台4固定于所述基座2内，所述驱动电机9固定于底板3，其电机轴连接所述基座2；
还包括步进电机7、爪盘11和双向滚珠丝杆机构12；所述双向滚珠丝杆机构12沿着所述薄膜组5的方向，通过轴承10安装于所述基座2，所述步进电机7与所述双向滚珠丝杆机构12连接；
两个所述爪盘11分别固定于所述双向滚珠丝杆结构12的移动件上，分别位于所述基座2的两侧，所述爪盘11设有沿着所述薄膜组5方向设置的爪槽，所述薄膜组5卡装于所述爪槽内。
所述驱动电机9用于驱动所述微动工作台4上安装的刀具等功能组件，产生的微进给作用于待加工零件，使刀具等功能组件对待加工零件进行加工。由于所述薄膜组5的牵制作用，所述微动工作台4非进给方向的运动被抑制，驱动电机9只能在进给方向产生微小位移，引起微动工作台4产生进给方向位移，从而带动了刀具的进刀或退刀；而所述薄膜组5为具有弹性的金属片，使所述微动工作台4具有固定的振动频率，与所述驱动电机9的工作频率相匹配。
所述步进电机7驱动所述双向滚珠丝杆机构，使设于所述微动工作台4两侧的所述爪盘11沿着所述薄膜组5的方向同时相向运动，改变所述薄膜组5的有效变形长度，从而达到调节所述微动工作台4的固有频率。
还包括电容极板组13，位于所述微动工作台4进给方向的端部；所述电容极板组13包括两个平行设置的电极，分别固定于所述微动工作台4和所述基座2。用于检测所述微动工作台4的位移。
两个平行设置的所述电极的非工作面设有绝缘层14。用以防止所述电容极板组13被其他金属干扰，影响其测量精度。
所述驱动电机9通过所述驱动电机座8固定于所述底板3。
所述步进电机7通过所述步进电机座6固定于所述底板3。
所述轴承10通过轴承座1固定于所述基座2。
所述基座2、微动工作台4和薄膜组5是一体式结构。所述基座2、微动工作台4和薄膜组5由整块材料进过铣削和电火花加工工艺获得，避免零件组装的装配误差，加工简单，提高微进给装置的精度。
所述一体式结构为金属材质。
所述一体式结构通过螺栓与所述底板3固定。
所述驱动电机9为音圈电机。
如图3所示，所述薄膜组5根据一端固定一端导向梁的刚度公式：
k b = F y max = 12 EI L 3
其中F受到的力，ymax为导向梁端Y轴方向的变形位移距离，E为材料弹性模量，I为弯曲刚度,L为变形段梁的长度。E受材料特性的影响，不同批次的材料，会有偏差。惯性矩I与梁截面宽度成正比，与截面高度的3次方程正比，受加工精度的影响，特别是厚度,加工误差对刚度影响非常大。L为变形段的长度，所述薄膜组5通过移动支撑改变变形段L的长度，从而实现刚度和频率的调节。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于移动支撑的刚度频率可调的微进给装置，包括基座、底板、微动工作台、薄膜组和驱动电机，所述基座固定于底板，具有弹性的所述薄膜组设于所述微动工作台的两侧，并将所述微动工作台固定于所述基座内，所述驱动电机固定于底板，其电机轴连接所述基座，其特征在于：
还包括步进电机、爪盘和双向滚珠丝杆机构；所述双向滚珠丝杆机构沿着所述薄膜组的方向，通过轴承安装于所述基座，所述步进电机与所述双向滚珠丝杆机构连接；
两个所述爪盘分别固定于所述双向滚珠丝杆结构的移动件上，分别位于所述基座的两侧，所述爪盘设有沿着所述薄膜组方向设置的爪槽，所述薄膜组卡装于所述爪槽内。
2.根据权利要求1所述的基于移动支撑的刚度频率可调的微进给装置，其特征在于：还包括电容极板组，位于所述微动工作台进给方向的端部；所述电容极板组包括两个平行设置的电极，分别固定于所述微动工作台和所述基座。
3.根据权利要求2所述的基于移动支撑的刚度频率可调的微进给装置，其特征在于：两个平行设置的所述电极的非工作面设有绝缘层。
4.根据权利要求1所述的基于移动支撑的刚度频率可调的微进给装置，其特征在于：所述驱动电机通过所述驱动电机座固定于所述底板。
5.根据权利要求1所述的基于移动支撑的刚度频率可调的微进给装置，其特征在于：所述步进电机通过所述步进电机座固定于所述底板。
6.根据权利要求1所述的基于移动支撑的刚度频率可调的微进给装置，其特征在于：所述轴承通过轴承座固定于所述基座。
7.根据权利要求1所述的基于移动支撑的刚度频率可调的微进给装置，其特征在于：所述基座、微动工作台和薄膜组是一体式结构。
8.根据权利要求7所述的基于移动支撑的刚度频率可调的微进给装置，其特征在于：所述一体式结构为金属材质。
9.根据权利要求7所述的基于移动支撑的刚度频率可调的微进给装置，其特征在于：所述一体式结构通过螺栓与所述底板固定。
10.根据权利要求1所述的基于移动支撑的刚度频率可调的微进给装置，其特征在于：所述驱动电机为音圈电机。
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