CN201156440Y - 一种应用于大长度自走式三维工作台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于大长度自走式三维工作台，包括在X底座上安装有电机，电机通过齿轮箱带动小车运动，X底座与Z底座连接；Z底座上设置有Z电机，通过联轴器与丝杠连接，丝杠与固定在Y底座水平方向下表面的丝杠传动副连接，在Z底座上沿丝杠的两侧平行安装导轨槽，导轨槽上设置有滑动导轨，滑动导轨与Y底座固定连接；Y底座的装置设置方式与Z底座相同，Y、Z电机通过各自的CCD传感器、行程开关分别与上位机连接，另外Y底座上的滑动导轨与工作台面固定连接，工作台面设置有CCD采集装置。本实用新型利用CCD传感器做无接触测量，利用计算机的数据采集处理能力，工作性能稳定可靠，适应性强，具有更加广泛的用途。

Description

一种应用于大长度自走式三维工作台

技术领域

本实用新型属于机械设备制造技术领域，涉及一种设备的测控装置，具体涉及一种应用于大长度自走式三维工作台。

背景技术

在机械设备当中，为了保证做直线运动的零部件在给定方向上做往复直线运动，往往需要设计出各种形式的导轨，三维工作台就是应用于大长度自走式直线基准自动跟踪系统中，可实现X、Y、Z三维运动的装置。

现行三维工作台在驱动方式上可分为：滚珠丝杠传动副、滑动导轨副传动方式、联动装置传动、弹性导轨支承传动方式、铰支传动方式、连杆机构传动方式等。其中以滚珠丝杠副和滑动导轨副传动方式应用的最为普遍，而后几种传动方式多应用于特殊场合。而能够实现亚微米和纳米级定位的超精密工作台又大致可分为：电磁式工作台、直线电机式工作台、压电式工作台、摩擦驱动式工作台、MEMS工作台等等。

现今的三维工作台广泛应用于机械制造、微电子、测量测控、物流导航等多种行业，对其要求也越来越高，这些要求不光是精度上的，更有智能化方面的，机电结合已经成为世界各国对装备制造业的主流发展方向。在精度方面，不仅出现了亚微米级、微米级的三维工作台，纳米级的三维工作台亦正在被研发并应用到生产实际中；在应用方面，三维工作台通过与测控系统的完美结合，正广泛应用到智能机器人、NC加工系统等各个高科技行业。

随着现代技术更新的要求，对导轨的要求也越来越高，传统的高精度机械式导轨存在着诸多不足，尤其对加工、装配调整来说，机械式导轨会随着测量范围的扩大而难度加大，并且其加工成本也随着工作长度的增加而大幅度增加，使得双丝导航虚拟导轨系统具有广阔的应用前景。该系统中由于对三维工作台的尺寸要求及结构形状要求都比较特殊，而现在市场上所现有的三维工作台都不能满足大长度自走式工作的实际需求。因此，需要研制出一种可取代传统高精度机械式导轨的新型导引系统将有着现实的重要意义。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种应用于大长度自走式三维工作台，解决了现有大长度机械式导轨随着测量范围的加长而测量精度下降，并且其加工成本也随着导轨工作长度的增加而大幅度增加的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种应用于大长度自走式三维工作台，包括X底座，X底座上安装有X电机，X电机通过齿轮箱与车轴连接，车轴的两端安装有车轮，X底座与Z底座连接；Z底座上设置有Z电机，Z电机通过Z联轴器与Z丝杠连接，Z丝杠与固定在Y底座水平方向下表面的Z丝杠传动副连接，在Z底座上表面沿Z丝杠的两侧平行安装有Z导轨槽，Z导轨槽上设置有Z滑动导轨，Z滑动导轨固定在Y底座上，丝杠与Y底座螺纹连接，Z电机通过Z行程开关与上位机连接；Y底座上设置有Y电机，Y电机通过Y联轴器与Y丝杠连接，Y丝杠与固定在Y底座垂直方向上的Y丝杠传动副连接，在Y底座上沿Y丝杠的两侧平行安装Y导轨槽，Y导轨槽上设置有Y滑动导轨，Y滑动导轨与工作台面固定连接，Y丝杠与工作台面螺纹连接，Y电机通过Y行程开关与上位机连接，工作台面上设置有传感器。

X电机选用普通36V电机。

Z电机选用PMM-BA-5603交流伺服电机。

Y电机选用PMM-BA-5603交流伺服电机。

Z滑动导轨选用燕尾式导轨。

Y滑动导轨选用燕尾式导轨。

传感器选用CCD传感器。

本实用新型的有益效果是，保证了测量精度，工作性能稳定可靠，加工制造成本降低，在实际使用中的适应范围更加广泛。

附图说明

附图是本实用新型沿X方向的结构示意图。

图中，1、X底座，2、齿轮箱，3、车轴，4、X电机，5、车轮，6、Z底座，7、Z滑动导轨，8、Z丝杠，9、Z导轨槽，10、Z电机，11、Z丝杠传动副，12、Z联轴器，13、Y滑动导轨，14、缓冲档板，15、Y联轴器，16、Y底座，17、Y电机，18、Y丝杠，19、工作台面，20、Z行程开关，21、Y行程开关，22、Y传感器，23、Y丝杠传动副。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型的三维工作台的整体结构为，最下层为X方向大行程小车运动装置，第二层为水平Z方向微位移运动装置，最上层为垂直Y方向微位移运动装置，工作台面亦设立在最上层的运动装置中。X方向大行程小车运动装置的驱动机构采用齿轮组传动方式驱动，大行程小车运动装置中采用普通交流电机。Y、Z方向微位移运动装置的驱动机构采用滚珠丝杠副和滑动导轨副方式驱动，其中微位移运动装置中采用交流伺服电机，滑动导轨采用燕尾式设计，并在微位移运动装置中加设行程开关装置。将Y、Z方向的丝杠传动副居中，两个滑动导轨对称布局在丝杠传动副两旁，从而减小了工作台在运动过程中出现的自锁故障，并在保证系统线性度，提高系统精度方面亦有好处。

如附图所示，本实用新型包括X底座1，X底座1上安装有X电机4，X电机4通过齿轮箱2与小车的车轴3连接，车轴3的两端安装有车轮5，X底座1与Z底座6连接；Z底座6上设置有Z电机10，Z电机10通过Z联轴器12与Z丝杠8连接，Z丝杠8与固定在Y底座16水平方向下表面的Z丝杠传动副11连接，在Z底座6上沿Z丝杠8的两侧平行安装Z导轨槽9，Z导轨槽9上设置有Z滑动导轨7，Z滑动导轨7固定在Y底座16的下表面，丝杠8与Y底座16靠螺纹连接驱动，Z电机10通过Z行程开关20与上位机连接；Y底座16上设置有Y电机17，Y电机17通过Y联轴器15与Y丝杠18连接，Y丝杠18与固定在Y底座16垂直方向上的Y丝杠传动副23连接，在Y底座16上沿Y丝杠18的两侧平行安装Y导轨槽14，Y导轨槽14上设置有Y滑动导轨13，Y滑动导轨13与工作台面19固定连接，Y丝杠18与工作台面19螺纹连接，Y电机17通过Y行程开关21与上位机连接，工作台面19上设置有传感器22。

X电机选用普通36V电机，因X方向为大行程直线运动，X方向运动机构可以看做是一个电动小车驱动机构。

Y、Z方向电机选用日本山洋的PMM-BA-5603多功能交流伺服电机。

Y方向运动机构是一个典型滚珠丝杠副和两个滑动导轨副所构成的一维传动机构，此机构与Z方向运动机构亦以滚珠丝杠装置联接，从而其整个机构不仅可以做Y方向运动，还可以和Z方向运动机构一起做Z方向运动，工作台面即设置在Y方向运动机构中，Y、Z方向的导轨槽采用各自相互平行的独立方式安装。

Z方向运动机构不仅起着调节系统Z方向运动的功能，亦包括了承重载荷功能，固对其结构性能有着一些必要的要求，Z方向运动机构对下与X方向运动机构联接，可与X方向运动机构一起做X方向大直线运动；同时，对上又与Y方向运动机构联接，起到承载作用，并驱动着Y方向运动机构整体的Z方向微动调节。

传感器22选用CCD传感装置采集导引过程中的信号数据，并上传到上位机。

本实用新型工作时，X方向由X电机4通过齿轮箱2驱动小车沿X方向运动；Z底座6上设置有Z电机10，Z电机10接受上位机的指令，通过Z联轴器12驱动Z丝杠8转动，Z丝杠8再传动Z丝杠传动副11带动Y底座16沿Z方向水平运动；同时，Y底座16上的Y电机17接受上位机的指令，通过Y联轴器15驱动Y丝杠18转动，Y丝杠18再传动Y丝杠传动副23，带动Y滑动导轨13与工作台面19一起沿Y方向垂直运动，工作台面19上设置的CCD传感器22实时采集测出导引信号，利用计算机高效、准确的进行数据处理，快速的把反馈信息传送给Y、Z方向的伺服电机，从而对工作台面的Y、Z方向进行即时调整，保证工作台能始终按照规定的直线方向运动。

本实用新型在实施时，进行CCD传感装置的导引基准数据采集，应保证工作台面X方向无视野阻挡，可以作到Y、Z方向的微动行程40mm，整体精度控制在0.01mm以内。

本实用新型通过光电CCD传感装置对导引基准做无接触测量，利用计算机的高效、准确的数据采集处理能力，快速的把反馈信息传送给三维工作台运动控制系统，从而对工作台面进行即时调整，使得工作台能始终按照规定直线方向运动。本实用新型的三维工作台还保证了运动精度，实现了工作性能稳定可靠、减小误差，具有更加广泛的用途。

Claims (7)

1.一种应用于大长度自走式三维工作台，其特征在于，包括X底座(1)，X底座(1)上安装有X电机(4)，X电机(4)通过齿轮箱(2)与车轴(3)连接，车轴(3)的两端安装有车轮(5)，X底座(1)与Z底座(6)连接，

所述的Z底座(6)上设置有Z电机(10)，Z电机(10)通过Z联轴器(12)与Z丝杠(8)连接，Z丝杠(8)与固定在Y底座(16)水平方向下表面的Z丝杠传动副(11)连接，在Z底座(6)上表面沿Z丝杠(8)的两侧平行安装有Z导轨槽(9)，Z导轨槽(9)上设置有Z滑动导轨(7)，Z滑动导轨(7)固定在Y底座(16)上，丝杠(8)与Y底座(16)螺纹连接，Z电机(10)通过Z行程开关(20)与上位机连接，

所述的Y底座(16)上设置有Y电机(17)，Y电机(17)通过Y联轴器(15)与Y丝杠(18)连接，Y丝杠(18)与固定在Y底座(16)垂直方向上的Y丝杠传动副(23)连接，在Y底座(16)上沿Y丝杠(18)的两侧平行安装Y导轨槽(14)，Y导轨槽(14)上设置有Y滑动导轨(13)，Y滑动导轨(13)与工作台面(19)固定连接，Y丝杠(18)与工作台面(19)螺纹连接，Y电机(17)通过Y行程开关(21)与上位机连接，工作台面(19)上设置有传感器(22)。

2.根据权利要求1所述的三维工作台，其特征在于，所述的X电机(4)选用普通36V电机。

3.根据权利要求1所述的三维工作台，其特征在于，所述的Z电机(10)选用PMM-BA-5603交流伺服电机。

4.根据权利要求1所述的三维工作台，其特征在于，所述的Y电机(17)选用PMM-BA-5603交流伺服电机。

5.根据权利要求1所述的三维工作台，其特征在于，所述的Z滑动导轨(7)选用燕尾式导轨。

6.根据权利要求1所述的三维工作台，其特征在于，所述的Y滑动导轨(13)选用燕尾式导轨。

7.根据权利要求1所述的三维工作台，其特征在于，所述的传感器(22)选用CCD传感器。

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