CN113681354B - 一种反馈元件安装结构及应用其的超精密级静压导轨 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种反馈元件安装结构及应用其的超精密级静压导轨，反馈元件安装结构包括连接板、光栅安装板、光栅和读数头、读数头支架和读数头弯板；光栅安装板包括固定连接部和位于固定连接部两端的弹性变形连接部，弹性变形连接部与固定连接部的连接处开设有弹性铰链结构，并且弹性变形连接部上还开设有n形弹性变形缝隙；连接板中部通过连接件与光栅安装板的固定连接部连接，连接板的两端通过连接件分别与两个弹性变形连接部连接；光栅中间固定在光栅安装板上，两端通过压紧件压在光栅安装板上；读数头通过读数头支架安装在读数头弯板上。该安装结构用于高分辨率的反馈元件的安装及调节,具有消除反馈系统元件在环境温度波动时产生的热应力的功能。

Description

一种反馈元件安装结构及应用其的超精密级静压导轨
技术领域
本发明涉及超精密级静压导轨技术领域，更具体的说是涉及一种反馈元件安装结构及应用其的超精密级静压导轨。
背景技术
目前市场上出售的高分辨率的反馈元件存在在纳米级分辨率进给中的适用性问题，实际应用于商品化超精密机床中很难实现对应分辨率的进给能力，且由于环境温度波动的因素，超精密机床直线轴可能存在热漂移、反馈元件热应力的问题。为消除接触式安装的反馈系统元件(光栅尺、全息线性光栅等)热应力的功能，并通过半封闭式结构减小环境温度波动及气流对反馈系统元件的影响，提高高分辨率的反馈元件在纳米级分辨率进给中的适用性和鲁棒性，我们提出一种适用于超精密级静压导轨的反馈元件的安装结构。
因此，如何提供一种反馈元件安装结构及应用其的超精密级静压导轨是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种反馈元件安装结构及应用其的超精密级静压导轨，以至少解决上述背景技术部分所提出的问题之一。
为了实现上述方案，本发明采用以下技术方案：
一种反馈元件安装结构，包括连接板、光栅安装板、光栅和读数头、读数头支架和读数头弯板；所述光栅安装板包括固定连接部和位于所述固定连接部两端的弹性变形连接部，所述弹性变形连接部与所述固定连接部的连接处开设有豁口，并且所述弹性变形连接部上还开设有n形弹性变形缝；所述连接板中部通过连接件与所述光栅安装板的固定连接部连接，所述连接板的两端通过连接件分别与两个所述弹性变形连接部连接；所述光栅中间固定在所述光栅安装板上，两端通过压紧件压紧安装在所述光栅安装板上；所述读数头通过所述读数头支架安装在所述读数头弯板上。
优选的，在上述一种反馈元件安装结构中，通过微调读数头支架在读数头弯板上的水平方向及回转角度，进而调节光栅和读数头之间的间隙。
优选的，在上述一种反馈元件安装结构中，所述光栅中间通过粘接方式固定在所述光栅安装板的固定连接部，两端用弹性压板压在光栅安装板上。
优选的，在上述一种反馈元件安装结构中，还包括光栅外罩，所述光栅外罩将所述连接板、光栅安装板、光栅和读数头、读数头支架和读数头弯板罩在其内。
优选的，在上述一种反馈元件安装结构中，所述光栅外罩上开设有正压气体进口，所述正压气体进口上安装有进气快插接头。
一种应用反馈元件安装结构的超精密级静压导轨，包括反馈元件安装结构、导轨、进气快插接头、直线电机、溜板和光栅外罩，所述溜板滑动安装在所述导轨上，并通过所述直线电机驱动；所述反馈元件安装结构的连接板通过连接件与所述溜板固定连接，所述反馈元件安装结构的读数头弯板与所述导轨侧面连接；所述光栅外罩将所述连接板、光栅安装板、光栅和读数头、读数头支架和读数头弯板罩在其内，并且所述进气快插接头安装在所述光栅外罩开设的正压气体进口上。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种反馈元件安装结构及应用其的超精密级静压导轨，本发明与现有的超精密级静压导轨反馈元件的安装结构不同，现有结构为直接把光栅中间粘结在光栅安装板或溜板上，或直接把光栅中间粘结在导轨上，仅依靠两端压紧方式固定光栅尺，完全依靠光栅自身的低热膨胀系数材料以及两端压紧方式释放光栅系统的热应力，并不能消除热变形对光栅安装基面的影响，也很难减小光栅整体随结构件漂移。
本发明解决大行程运动部件的高分辨率进给中的反馈元件热应力问题，并通过半封闭结构使超精密液体静压导轨的反馈原件更不易受到环境温度波动及气流对反馈系统元件的影响，半封闭结构内存在空气正压，通过间隙密封避免环境中的粉尘、油雾等因素污染反馈元件。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为应用反馈元件安装结构的超精密级静压导轨的整体示意图；
图2附图为反馈元件安装结构的弹性连接示意图图；
图3附图为连接板、光栅安装板、光栅和读数头的安装关系示意图；
图4附图为光栅安装板的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种反馈元件安装结构，包括连接板1、光栅安装板2、光栅3和读数头4、读数头支架5和读数头弯板6；光栅安装板2包括固定连接部7和位于固定连接部7两端的弹性变形连接部8，弹性变形连接部8与固定连接部7的连接处开设有豁口9，并且弹性变形连接部8上还开设有n形弹性变形缝10；连接板1中部通过连接件与光栅安装板2的固定连接部7连接，连接板1的两端通过连接件分别与两个弹性变形连接部8连接；光栅3中间固定在光栅安装板2上，两端通过压紧件压紧安装在光栅安装板2上；读数头4通过读数头支架5安装在读数头弯板6上。
光栅安装板2的选用低热膨胀系数的铟钢材料在环境温度发生波动时只会与光栅3产生微小的热应力，并由于中间粘结基本不会出现两者间的热漂移现象；光栅安装板2与和溜板15相近或相同材料的连接板1的联结方式为中间固定，两端为弹性铰链结构，避免溜板15及连接板1的热变形直接影响到光栅安装板2。该系统系统运动的热平稳性并避免系统热应力，可实现大行程纳米级分辨率运动进给，并应用于超精密加工机床中。
为了进一步优化上述技术方案，通过微调读数头支架5在读数头弯板6上的水平方向及回转角度，进而调节光栅3和读数头4之间的间隙。
为了进一步优化上述技术方案，光栅3中间通过粘接方式固定在光栅安装板2的固定连接部7，两端用弹性压板压在光栅安装板2上。
为了进一步优化上述技术方案，还包括光栅外罩11，光栅外罩11将连接板1、光栅安装板2、光栅3和读数头4、读数头支架5和读数头弯板6罩在其内。
为了进一步优化上述技术方案，光栅外罩11上开设有正压气体进口，正压气体进口上安装有进气快插接头12，通过进气快插接头12为光栅外罩11内提供清洁干燥的压缩空气，光栅外罩11通过管路设计使空气尽量不直吹连接板1、光栅安装板2、光栅3、读数头4、读数头支架5等关键零部件，并通过系统腔内正压和间隙密封避免环境中的粉尘、油雾等因素污染反馈元件。
一种应用反馈元件安装结构的超精密级静压导轨，包括反馈元件安装结构、导轨13、进气快插接头12、直线电机14、溜板15和光栅外罩11，溜板15滑动安装在导轨13上，并通过直线电机14驱动；反馈元件安装结构的连接板1通过连接件与溜板15固定连接，反馈元件安装结构的读数头弯板6与导轨13侧面连接；光栅外罩11将连接板1、光栅安装板2、光栅3和读数头4、读数头支架5和读数头弯板6罩在其内，并且进气快插接头12安装在光栅外罩11开设的正压气体进口上。
导轨13由高强度铸件材料组装后整体刮研，是运动部件的精度的基础。溜板15是运动部件，它通过静压滑块支撑在导轨13上运动。溜板15的驱动通过直线电机14配合高分辨率闭环反馈系统使用来实现，其中高分辨率闭环反馈系统主要采用光栅3系统。
溜板15的运动由一套纳米分辨率的数控系统控制，数控系统发送运动指令，控制直线电机14的运动，由读数头4与光栅3产生相对运动，读数头4检测出对应的位置信号，并将信号反馈给数控系统。本发明装置核心点为采用光栅安装板2不和溜板15直接连接，光栅安装板2采用弹性铰链结构设计，并选用低热膨胀系数的铟钢材料，通过内六角螺栓与连接板1连接，联接方式为中间固定两端允许弹性变形。在溜板15及连接板1由于环境或静压轴承介质发热引发的热变形时，中间固定不动避免引发光栅3相对读数头4产生的热漂移，且通过光栅安装板2的弹性结构消除连接板1带来的热应力。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种反馈元件安装结构，其特征在于，包括连接板、光栅安装板、光栅和读数头、读数头支架和读数头弯板；所述光栅安装板包括固定连接部和位于所述固定连接部两端的弹性变形连接部，所述弹性变形连接部与所述固定连接部的连接处开设有豁口，并且所述弹性变形连接部上还开设有n形弹性变形缝；所述连接板中部通过连接件与所述光栅安装板的固定连接部连接，所述连接板的两端通过连接件分别与两个所述弹性变形连接部连接；所述光栅中间固定在所述光栅安装板上，两端通过压紧件压紧安装在所述光栅安装板上；所述读数头通过所述读数头支架安装在所述读数头弯板上。
2.根据权利要求1所述的一种反馈元件安装结构，其特征在于，通过微调读数头支架在读数头弯板上的水平方向及回转角度，进而调节光栅和读数头之间的间隙。
3.根据权利要求1所述的一种反馈元件安装结构，其特征在于，所述光栅中间通过粘接方式固定在所述光栅安装板的固定连接部，两端用弹性压板压在光栅安装板上。
4.根据权利要求1所述的一种反馈元件安装结构，其特征在于，还包括光栅外罩，所述光栅外罩将所述连接板、光栅安装板、光栅和读数头、读数头支架和读数头弯板罩在其内。
5.根据权利要求4所述的一种反馈元件安装结构，其特征在于，所述光栅外罩上开设有正压气体进口，所述正压气体进口上安装有进气快插接头。
6.一种应用如权利要求1所述反馈元件安装结构的超精密级静压导轨，其特征在于，包括反馈元件安装结构、导轨、进气快插接头、直线电机、溜板和光栅外罩，所述溜板滑动安装在所述导轨上，并通过所述直线电机驱动；所述反馈元件安装结构的连接板通过连接件与所述溜板固定连接，所述反馈元件安装结构的读数头弯板与所述导轨侧面连接；所述光栅外罩将所述连接板、光栅安装板、光栅和读数头、读数头支架和读数头弯板罩在其内，并且所述进气快插接头安装在所述光栅外罩开设的正压气体进口上。
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