CN202155740U - 一种数控快速精密进给器 - Google Patents

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Abstract

由于机械机构的摩擦和其它非线性因素的影响，单纯使用滚珠丝杠驱动机构或直线电机直接实现精密进给比较困难。本实用新型专利特别提供一种数控快速精密进给器，该进给器主要由一个粗进给机构和一个微进给机构(超磁致伸缩微进给器)组成，即在粗进给工作台上安装一个微进给器，实现大行程的精准定位。该设备是基于磁致伸缩材料的新型数控快速精密进给器，克服了现有进给机构的缺陷，成功解决了现有的许多种微进给机构都难以同时满足高频响、大行程、高精度等三方面的性能要求。

Description

一种数控快速精密进给器
技术领域
本实用新型属于数控机床技术领域，具体地说，是一种用粗进给机构与微进给机构结合，实现机床加工中大行程、高速高精度的进给装置。 
背景技术
随着科学技术的发展及高新技术的需要，精密及超精密加工技术在工业生产中的地位越来越重要。几十年来，超精密加工已成为工业生产中最关键的、效果最显著的技术之一。微进给机构在超精密加工领域获得广泛应用，它一般被用来作微进给或作补偿工具。 
在微进给系统中，主要使用的微进给有如下几种方案：机械式微位移机构，电热式微位移机构，静电驱动微位移机构，形状记忆合金及压电陶瓷微位移器，超磁致伸缩式微进给机构。 
机械式微位移机构只能达到微米或亚微米级精度。但机构繁琐、可靠性差、机械响应慢。 
电热式微位移器虽然理论上可以获得很高的位移分辨率，但由于热惯性较大，材料的变形速度很慢，难以实现快速定位，因此应用得非常少。 
静压技术可以获得大行程的精准定位，静电驱动方案具有耗能低、驱动力与体积比高、可采用电压控制等优点，但由于静电驱动器的极板间隙很小，几粒灰尘就有可能导致系统的崩溃。并且系统非常复杂和昂贵。 
形状记忆合金主要利用其单程形状记忆效应并借助外力随温度升降作反复动作，但是形状记忆合金的一个大的缺点是它的频响非常低，不能应用在需要快速定位的场合。 
超磁致伸缩式微进给机构利用某些材料被置于磁场中时其长度产生变化的特性来实现微量进给，其精度可达亚微米。这种机构具有结构简单紧凑、刚性好、传动惯量小、工作稳定性好等优点。而且其控制系统成本较低、体积小、可靠性好、响应时间较快、应用灵活，能满足超精密机床进给机构改造的要求。 
发明内容
本实用新型特别提供一种数控快速精密进给器，该进给器主要由一个粗进给机构和一个微进给机构(超磁致伸缩微进给器)组成，即在粗进给工作台上安装一个微进给器，实现大行程的精准定位。粗进给机构完成系统的粗定位，可以有效提高系统运行速度，扩大系统运动范围；微进给机构实现精密补偿定位，可以有效缩短系统的响应时间，提高系统的分辨率和定位精度。两者结合很好的实现了大行程、高速高精度、低成本、大频响的优点。 
本实用新型所述数控快速精密微进给器，其中，数控系统控制伺服电机(1)带动滚珠丝杠(2)，驱动滑台(4)沿着导轨(3)实现大行程粗进给；微进给器(5)坐在滑台(4)上，随滑台(4)做大行程粗进给，导轨(3)在基座(8)上，滑台在导轨上；读数头(6)与微进给器(5)的微进给头(25)连接，光栅标尺(7)固定在基座(8)上。光栅标尺(7)测量微进给头(25)与基座(8)之间的位移，并反馈给数控系统，达到微进给的加工范围后，数控系统控制微进给器(5)，补偿粗进给机构的位移误差，实现微进给头(25)与基座(8)之间的精密位移。 
其中，所述微进给器(5)主要由外壳(20)、线圈(21)、磁致伸缩棒(22)、前立板(23)、弹簧板(24)、微进给头(25)组成，其中，磁致伸缩棒(22)在线圈(21)中；线圈(21)在外壳(20)中；前立板(23)在外壳(20)的一端，弹簧板(24)的一端与前立板(23)连接，另一端与微进给头(25)连接；数控系统对线圈(21)提供可控电流，使磁致伸缩棒(22)伸缩，改变弹簧板(24)的形变，驱动微进给头(25)做进给运动。运行过程中，粗进给机构和微进给机构共同基于一根高精度的光栅传感器来实现位置信号反馈。 
附图说明
图1进给机构结构简图 
图2微进给器 
图3系统控制框图 
具体实施方式
本实施例所述的一种数控快速精密进给器，其中，数控系统控制伺服电机(1)带动滚珠丝杠(2)，驱动滑台(4)沿着导轨(3)实现大行程粗进给；微进给器(5)坐在滑台(4)上，随滑台(4)做大行程粗进给；光栅标尺(7)固定在基座(8)上，读数头(6)与微进给头(25)连接，测量微进给头(25)与基座(8)之间的位移，并反馈给数控系统，当达到需微进给的范围后，数控系统控制微进给器(5)，实现微进给头(25)与基座(8)之间的精密进给。 
本实施例所述的一种数控快速精密进给器，其中微进给器(5)的特征是：磁致伸缩棒(22)在线圈(21)中；线圈(21)在外壳(20)中；前立板(23)在外壳(20)的一端，弹簧板(24)的一端与前立板(23)连接，另一端与微进给头(25)连接；数控系统对线圈(21)提供可控电流，使磁致伸缩棒(22)伸缩，改变弹簧板(24)的形变，驱动微进给头(25)做进给运动。运行过程中，粗进给机构和微进给器共同基于一根高精度的光栅尺来实现位置信号反馈。 
第一个阶段为粗进给机构进行大行程的粗定位运动，光栅位移传感器实时反馈平台位置 误差； 
第二个阶段以超磁致伸缩棒作为驱动源，完成微位移机构的位置补偿，光栅位移传感器实时反馈系统误差，当微动平台到达指定位置时，系统运行结束。利用补偿技术来提高机床的精度是一种有效的手段。 

Claims (2)

1.一种数控快速精密进给器，其特征在于：伺服电机(1)与滚珠丝杠(2)连接，导轨(3)在基座(8)上，滑台在导轨上，滑台(4)沿着导轨(3)实现大行程粗进给；微进给器(5)坐在滑台(4)上，随滑台(4)做大行程粗进给；读数头(6)与微进给器(5)的微进给头(25)连接，光栅标尺(7)固定在基座(8)上。
2.按照权利要求1中所述数控快速精密进给器，其特征在于：所述微进给器(5)主要由外壳(20)、线圈(21)、磁致伸缩棒(22)、前立板(23)、弹簧板(24)、微进给头(25)组成，其中，磁致伸缩棒(22)在线圈(21)中；线圈(21)在外壳(20)中；前立板(23)在外壳(20)的一端，弹簧板(24)的一端与前立板(23)连接，另一端与微进给头(25)连接；数控系统对线圈(21)提供可控电流，使磁致伸缩棒(22)伸缩，改变弹簧板(24)的形变，驱动微进给头(25)做进给运动。
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