CN109676423B - 超精密高频响双行程快刀伺服加工装置 - Google Patents

超精密高频响双行程快刀伺服加工装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种超精密高频响双行程快刀伺服加工装置，包括：外壳组件、气浮导轨组件、第一音圈电机、第二音圈电机以及刀头组件；所述气浮导轨组件可前后滑动地设置于所述外壳组件内部；所述第一音圈电机包括第一动子和第一定子，所述第一定子固定插接在所述气浮导轨组件的尾端，所述第一动子的一端插接在所述第一定子中，所述第一动子的另一端与所述外壳组件固定连接；所述第二音圈电机包括第二动子和第二定子，所述第二定子固定插接在所述气浮导轨组件的首端，所述第二动子的一端插接在所述第二定子中，所述第二动子的另一端与所述刀头组件固定连接。

Description

超精密高频响双行程快刀伺服加工装置
技术领域
本发明涉及精密仪器领域，具体涉及一种超精密高频响双行程快刀伺服加工装置。
背景技术
现有技术中，快刀伺服加工装置都是采用一个音圈电机来驱动气浮导轨组件进行前后移动，其驱动力以及精度都有限。
因此，现有技术存在缺陷，急需改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种超精密高频响双行程快刀伺服加工装置，具有提高驱动力以及精度的有益效果。
本发明提供了一种超精密高频响双行程快刀伺服加工装置，包括：外壳组件、气浮导轨组件、第一音圈电机、第二音圈电机以及刀头组件；
所述气浮导轨组件可前后滑动地设置于所述外壳组件内部；
所述第一音圈电机包括第一动子和第一定子，所述第一定子固定插接在所述气浮导轨组件的尾端，所述第一动子的一端插接在所述第一定子中，所述第一动子的另一端与所述外壳组件固定连接；
所述第二音圈电机包括第二动子和第二定子，所述第二定子固定插接在所述气浮导轨组件的首端，所述第二动子的一端插接在所述第二定子中，所述第二动子的另一端与所述刀头组件固定连接。
在本发明所述的超精密高频响双行程快刀伺服加工装置中，所述第一音圈电机的行程大于所述第二音圈电机的行程，所述第一音圈电机的响应速度小于所述第二音圈电机的响应速度。
在本发明所述的超精密高频响双行程快刀伺服加工装置中，还包括控制组件、第一电容传感器、第二电容传感器、光栅尺以及光栅尺读数头；
所述第一电容传感器设置于所述外壳组件内的尾端，所述第二电容传感器设置于所述外壳组件内的首端，所述光栅尺设置于所述外壳组件的内侧壁上，所述光栅尺读数头设置于所述气浮导轨组件上；
所述控制组件分别与所述第一电容传感器、所述第二电容传感器、所述光栅尺读数头、所述第一音圈电机以及所述第二音圈电机电连接。
在本发明所述的超精密高频响双行程快刀伺服加工装置中，所述外壳组件包括外壳以及设置于所述外壳的内侧壁上的多孔制气浮板机构；所述多孔制气浮板机构用于产生支撑所述气浮导轨组件的气膜。
在本发明所述的超精密高频响双行程快刀伺服加工装置中，所述多孔制气浮板机构包括呈长方体箱状的内壳以及设置于所述内壳的四个内侧壁面上的多个多孔制气浮板；所述内壳的四个内侧壁面上的多孔制气浮板的数量相同，且任意相对的两个内侧壁面上的多孔制气浮板相互正对。
在本发明所述的超精密高频响双行程快刀伺服加工装置中，所述多孔制气浮板为多孔制石墨板。
在本发明所述的超精密高频响双行程快刀伺服加工装置中，所述外壳的两端分别设置有端面挡板，所述第一动子与对应端的端面挡板固定连接。
在本发明所述的超精密高频响双行程快刀伺服加工装置中，所述刀头组件包括气浮刀座以及刀头，所述气浮刀座的一端与所述第二动子的远离所述第一动子的一端固定连接，所述刀头与所述气浮刀座的另一端连接；
所述气浮刀座用于在所述第二动子的侧壁与所述第二定子的侧壁之间形成气膜。
在本发明所述的超精密高频响双行程快刀伺服加工装置中，所述第二定子的朝向所述刀头的一端开设有一环状的凹槽，所述第二动子插设在所述凹槽中，所述第二动子的侧壁与所述凹槽的内壁之间具有环状的间隙，所述气浮刀座用于在所述间隙里形成所述气膜。
在本发明所述的超精密高频响双行程快刀伺服加工装置中，所述气浮刀座呈圆形饼状，且所述气浮刀座的直径大于所述第二动子的直径。
本发明采用两个音圈电机来驱动该气浮导轨组件前后移动，可以采用不同频响和行程的音圈电机进行组合，可以提高运动控制的频率响应以及驱动力。
附图说明
图1是本发明一些实施例中的一种超精密高频响双行程快刀伺服加工装置的分解结构示意图。
图2是本发明一些实施例中的一种超精密高频响双行程快刀伺服加工装置的整体剖视图。
图3是本发明一些实施例中的一种超精密高频响双行程快刀伺服加工装置的局部剖视图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请同时参照图1、图2以及图3，图1是本申请一些实施例中的一种超精密高频响双行程快刀伺服加工装置的分解结构示意图，图2是本申请一些实施例中的一种超精密高频响双行程快刀伺服加工装置的剖视图。
该超精密高频响双行程快刀伺服加工装置包括：外壳组件10、气浮导轨组件20、第一音圈电机30、第二音圈电机40、刀头组件50、光栅尺60、光栅尺读数头、第一电容传感器80a、第二电容传感器81b以及控制组件。
其中，该气浮导轨组件20可前后滑动地设置于所述外壳组件10内部；第一音圈电机30包括第一动子32和第一定子31，所述第一定子31固定插接在所述气浮导轨组件20的尾端，所述第一动子32的一端插接在所述第一定子31中，所述第一动子31的另一端与所述外壳组件10固定连接。第二音圈电机40包括第二动子42和第二定子41，所述第二定子41固定插接在所述气浮导轨组件20的首端，所述第二动子42的一端插接在所述第二定子41中，所述第二动子42的另一端与所述刀头组件50固定连接。光栅尺读数头、第一电容传感器80a、第二电容传感器81b、第一音圈电机30、第二音圈电机40均分别与该控制组件电连接。
第一音圈电机30的行程大于所述第二音圈电机40的行程，所述第一音圈电机30的频率响应小于所述第二音圈电机40的频率响应。当然，第一音圈电机的行程也可以小于所述第二音圈电机的行程；第一音圈电机的频率响应大于所述第二音圈电机的频率响应。
其中，第一电容传感器80a、第二电容传感器81b分别用来测量相对的位移，根据外壳组件10的长度利用三角函数关系确定外壳组件10安装的偏摆角度。。该第一电容传感器80a设置于所述外壳组件10内的尾端，所述第二电容传感器80b设置于所述外壳组件10内的首端，所述光栅尺60设置于所述外壳组件10的内侧壁上，所述光栅尺读数头设置于所述气浮导轨组件上。
具体地，该外壳组件10包括外壳11以及设置于所述外壳11的内侧壁上的多孔制气浮板机构12；所述多孔制气浮板机构12用于产生支撑所述气浮导轨组件20的气膜。
该外壳11内设置有长方体状的容纳腔，且两端敞口。
该多孔制气浮板机构12包括呈长方体箱状的内壳121以及设置于所述内壳的四个内侧壁面上的多个多孔制气浮板122；所述内壳121的四个内侧壁面1211上的多孔制气浮板122的数量相同，且任意相对的两个内侧壁面上的多孔制气浮板相互正对。在本实施例中，每一内侧壁面上间隔设置有两个多孔制气浮板122。每一内侧壁面1211上开设有两个安装槽12111，该两个多孔制气浮板122分别安装在该两个安装槽12111中。
在一些实施例中，该多孔制气浮板122为多孔制石墨板。在一些实施例中，该多孔制气浮板122为小孔的金属板。
其中，该刀头组件50包括气浮刀座51以及刀头52，所述气浮刀座51的一端与所述第二动子42的远离所述第一动子32的一一端固定连接，所述刀头52与所述气浮刀座51的另一端连接；气浮刀座51用于在所述第二动子42的侧壁与所述第二定子41的侧壁之间形成气膜。
具体地，该第二定子41的朝向所述刀头52的一端开设有一环状的凹槽，所述第二动子42插设在所述凹槽中，所述第二动子42的侧壁与所述凹槽的内壁之间具有环状的间隙，所述气浮刀座用于在所述间隙里形成所述气膜。本发明通过气浮刀座在环形的凹槽内形成的的环形气膜抵消第二动子与第二定子之间的磁力，保证第二动子与第二定子之间之间的同轴设置，以确保输出力度稳定可靠。
其中，该气浮刀座51呈圆形饼状，且所述气浮刀座51的直径大于所述第二动子42的直径。该气浮刀座51的朝向该凹槽的部分可以设多孔制石墨，来产生气隙。
当超精密高频响双行程快刀伺服加工装置需要加工时，控制模组驱动两个音圈电机的动子与定子产生相对运动，运动开始就去驱动气浮导轨组件20沿着该外壳组件的轴向滑行，同时产生气流流经整个音圈电机冷却系统。
当大行程加工时，第一音圈电机使能，光栅尺读数头与光栅尺60组成光栅系统对气浮导轨组件20进行实时位置反馈，进行高精度控制。
当进行小行程高频响精加工时，驱动第二音圈电机动作，采用第一电容传感器80a、第二电容传感器81b进行位置反馈。
本发明采用两个音圈电机来驱动该气浮导轨组件前后移动，可以采用不同频响和行程的音圈电机进行组合，可以提高运动控制的频率响应以及驱动力。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

Claims (6)

1.一种超精密高频响双行程快刀伺服加工装置，其特征在于，包括：外壳组件、气浮导轨组件、第一音圈电机、第二音圈电机以及刀头组件；
所述气浮导轨组件可前后滑动地设置于所述外壳组件内部；
所述第一音圈电机包括第一动子和第一定子，所述第一定子固定插接在所述气浮导轨组件的尾端，所述第一动子的一端插接在所述第一定子中，所述第一动子的另一端与所述外壳组件固定连接；
所述第二音圈电机包括第二动子和第二定子，所述第二定子固定插接在所述气浮导轨组件的首端，所述第二动子的一端插接在所述第二定子中，所述第二动子的另一端与所述刀头组件固定连接；
还包括控制组件、第一电容传感器、第二电容传感器、光栅尺以及光栅尺读数头；
所述第一电容传感器设置于所述外壳组件内的尾端，所述第二电容传感器设置于所述外壳组件内的首端，所述光栅尺设置于所述外壳组件的内侧壁上，所述光栅尺读数头设置于所述气浮导轨组件上；
所述控制组件分别与所述第一电容传感器、所述第二电容传感器、所述光栅尺读数头、所述第一音圈电机以及所述第二音圈电机电连接；所述第一音圈电机的行程大于所述第二音圈电机的行程，所述第一音圈电机的响应速度小于所述第二音圈电机的响应速度；所述第一电容传感器、所述第二电容传感器分别用来测量相对的位移，根据所述外壳组件的长度利用三角函数关系确定所述外壳组件安装的偏摆角度;
所述刀头组件包括气浮刀座以及刀头，所述气浮刀座的一端与所述第二动子的远离所述第一动子的一端固定连接，所述刀头与所述气浮刀座的另一端连接；
所述气浮刀座用于在所述第二动子的侧壁与所述第二定子的侧壁之间形成气膜。
2.根据权利要求1所述的超精密高频响双行程快刀伺服加工装置，其特征在于，所述外壳组件包括外壳以及设置于所述外壳的内侧壁上的多孔制气浮板机构；所述多孔制气浮板机构用于产生支撑所述气浮导轨组件的气膜。
3.根据权利要求2所述的超精密高频响双行程快刀伺服加工装置，其特征在于，所述多孔制气浮板机构包括呈长方体箱状的内壳以及设置于所述内壳的四个内侧壁面上的多个多孔制气浮板；所述内壳的四个内侧壁面上的多孔制气浮板的数量相同，且任意相对的两个内侧壁面上的多孔制气浮板相互正对。
4.根据权利要求3所述的超精密高频响双行程快刀伺服加工装置，其特征在于，所述多孔制气浮板为多孔制石墨板。
5.根据权利要求1所述的超精密高频响双行程快刀伺服加工装置，其特征在于，所述第二定子的朝向所述刀头的一端开设有一环状的凹槽，所述第二动子插设在所述凹槽中，所述第二动子的侧壁与所述凹槽的内壁之间具有环状的间隙，所述气浮刀座用于在所述间隙里形成所述气膜。
6.根据权利要求5所述的超精密高频响双行程快刀伺服加工装置，其特征在于，所述气浮刀座呈圆形饼状，且所述气浮刀座的直径大于所述第二动子的直径。
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