專利名稱：超精密驅動機構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種驅動機構。
技術背景隨著科學技術的發展，對產品零件制造精度的要求越來越高，迫切需要 超精密加工的關鍵工藝與相關技術，尤其是超精密加工機床，更是實現零件 超精密加工的核心與關鍵。在超精密加工機床中，廣泛使用的是液體靜壓和 氣體靜壓導軌，他們的最大優點是機床的直線運動精度高，可以達到亞微米 甚至納米量級，但是它們的缺點是其靜、動態剛度較低，抵抗外界干擾的能 力較差。因此導軌的驅動系統對導軌或溜板作用時其力的干擾將給其直線度 帶來很大的影響，這對超精密加工機床而言是致命的，因而在超精加工機床 導軌和溜板的設計中必需要重點考慮如何消除在驅動溜板的過程中，驅動力 僅僅加在其運動的方向，而在其他方向的干擾力盡量減少或者消除。就絲杠 驅動系統而言，對溜板的驅動力應該完全是其軸向的，這需要在絲杠和溜板 之間，設計一個特殊的機構，既能傳遞絲杠的軸向力，又要消除其他方向的 干擾力對溜板直線度的影響。發明內容本發明的目的是為解決現有直線運動的超精密工作臺的缺點是靜、動態 剛度較低，抵抗外界干擾的能力較差的問題，提供一種超精密驅動機構。本發明由溜板l、連接板2、前推動板3、后推動板4、中間推動板5、滾珠絲 杠9、滾珠絲母10、氣浮轉換塊11、導軌13、前支架16、后支架17、電動 機18和后擋板19組成，后擋板19固定在導軌13的后端面上，電動機18固 定在后擋板19上，溜板1設置在導軌13的上側，氣浮轉換塊11設置在導軌 13的滑槽14內，前支架16設置在導軌13內的前部，后支架17設置在導軌 13內的后部，滾珠絲母10的兩端分別與前支架16和后支架17相連接，滾 珠絲母10的中段設置在氣浮轉換塊11內，滾珠絲杠9與滾珠絲母10之間形 成螺旋副，滾珠絲杠9的一端與電動機18的輸出端相連接，連接板2下端的 前側與溜板1上端的后側固定連接，后推動板4的上端與連接板2下端的后 側固定連接，前推動板3的上端與溜板1后端的連接板2的下端固定連接， 中間推動板5的上部設置在前推動板3和后推動板4之間，中間推動板5的 下端與氣浮轉換塊ll的上端相連接，前推動板3內設有第一節流小孔6，后 推動板4內設有第二節流小孔7，中間推動板5與前推動板3之間形成第一 氣體靜壓氣膜腔8，中間推動板5與后推動板4之間形成第二氣體靜壓氣膜 腔15，氣浮轉換塊11內設有靜壓節流小孔12。本發明的優點在于 一、結構簡單，工作可靠，可根據用戶需要靈活設 計。二、徹底消除了絲杠驅動方向之外的兩個方向的力干擾。三、精度高， 實驗結果表明，使用本發明的機構，使大行程超精密工作臺的直線度達到了 0.17nm/600mm。四、承載能力高；其承載能力可以通過增加氣壓和擴大靜壓 面積來增加。五、應用范圍廣，可應用于多種形式的超精密工作臺的驅動。
圖l是本發明的整體結構示意圖，圖2是圖1的A-A剖視圖。
具體實施方式
具體實施方式
一(參見圖1、圖2)本實施方式由溜板l、連接板2、前 推動板3、后推動板4、中間推動板5、滾珠絲杠9、滾珠絲母IO、氣浮轉換 塊11、導軌13、前支架16、后支架17、電動機18和后擋板19組成，后擋 板19固定在導軌13的后端面上，電動機18固定在后擋板19上，溜板1設 置在導軌13的上側，氣浮轉換塊11設置在導軌13的滑槽14內，前支架16 設置在導軌13內的前部，后支架17設置在導軌13內的后部，滾珠絲母10 的兩端分別與前支架16和后支架17相連接，滾珠絲母10的中段設置在氣浮 轉換塊11內，滾珠絲杠9與滾珠絲母10之間形成螺旋副，滾珠絲杠9的一 端與電動機18的輸出端相連接，連接板2下端的前側與溜板1上端的后側固 定連接，后推動板4的上端與連接板2下端的后側固定連接，前推動板3的 上端與溜板1后端的連接板2的下端固定連接，中間推動板5的上部設置在 前推動板3和后推動板4之間，中間推動板5的下端與氣浮轉換塊11的上端 相連接，前推動板3內設有第一節流小孔6，后推動板4內設有第二節流小 孔7，中間推動板5與前推動板3之間形成第一氣體靜壓氣膜腔8，中間推動
板5與后推動板4之間形成第二氣體靜壓氣膜腔15，氣浮轉換塊11內設有 靜壓節流小孔12。
理論分析在設計和使用本發明時，首先要計算其承載能力和剛度，由于剛度和承載能力的理論推導和計算十分復雜，對于如圖1所示的連接結構，承載能力可以采用如下的簡單公式進行計算
『=CS(7ViV;其中，W是承載能力；C為修正系數， 一般選在0.25-0.35 之間；S為氣膜的面積，A為供氣壓力；A為使用環境的氣壓。
靜態剛度可以采用如下的簡單公式進行計算
K二2.SSr^/Ml人其中，K是剛度，W是承載能力；ho是氣膜厚度，即間隙。
工作原理在超精密加工機床中，溜板的直線度是一個非常重要的技術指標，由于在超精密機床中廣泛地使用氣浮導軌，必須消除絲杠等驅動元件 的安裝誤差、幾何誤差和運動誤差給超精密工作臺帶來的影響。在本發明中，如圖1所示，電動機18的旋轉帶動滾珠絲杠9的旋轉，通過滾珠絲杠9和滾 珠絲母10之間的螺旋副，將滾珠絲杠9的旋轉運動轉化成絲杠的直線運動， 壓縮空氣經過靜壓節流小孔12節流后，形成導軌13和氣浮轉換塊11間的靜 壓油膜，消除導軌13和氣浮轉換塊11之間的摩擦，氣浮轉換塊ll與滾珠絲 母10連接在一起，中間推動板5是與氣浮轉換塊11固接在一起的，限制滾 珠絲母10的選擇旋轉，所以中間推動板5與滾珠絲母IO—起向前運動，壓 縮空氣經過第一節流小孔6和第二節流小孔7節流以后，形成第一氣體靜壓 氣膜8和第二氣體靜壓氣膜腔15，中間推動板5的運動和動力(軸向力)通 過第一氣體靜壓氣膜8和第二氣體靜壓氣膜腔15與前推動板3、后推動板4 將驅動力傳遞到溜板1上，帶動溜板1運動，實現工作臺進給運動。本發明 由于絲杠的驅動力是通過氣體靜壓氣膜傳遞到超精密工作臺上去的，由于空 氣之間的剪切摩擦力很小，甚至可以忽略的程度，所以絲杠安裝誤差、幾何 誤差和運動誤差就傳不到超精密工作臺上去，只把絲杠的軸向驅動力傳到超 精密工作臺上去。進而實現了工作臺的超精密驅動。
權利要求
1、一種超精密驅動機構，它由溜板(1)、連接板(2)、前推動板(3)、后推動板(4)、中間推動板(5)、滾珠絲杠(9)、滾珠絲母(10)、氣浮轉換塊(11)、導軌(13)、前支架(16)、后支架(17)、電動機(18)和后擋板(19)組成，后擋板(19)固定在導軌(13)的后端面上，電動機(18)固定在后擋板(19)上，溜板(1)設置在導軌(13)的上側，氣浮轉換塊(11)設置在導軌(13)的滑槽(14)內，前支架(16)設置在導軌(13)內的前部，后支架(17)設置在導軌(13)內的后部，滾珠絲母(10)的兩端分別與前支架(16)和后支架(17)相連接，滾珠絲母(10)的中段設置在氣浮轉換塊(11)內，滾珠絲杠(9)與滾珠絲母(10)之間形成螺旋副，滾珠絲杠(9)的一端與電動機(18)的輸出端相連接，其特征在于連接板(2)下端的前側與溜板(1)上端的后側固定連接，后推動板(4)的上端與連接板(2)下端的后側固定連接，前推動板(3)的上端與溜板(1)后端的連接板(2)的下端固定連接，中間推動板(5)的上部設置在前推動板(3)和后推動板(4)之間，中間推動板(5)的下端與氣浮轉換塊(11)的上端相連接，前推動板(3)內設有第一節流小孔(6)，后推動板(4)內設有第二節流小孔(7)，中間推動板(5)與前推動板(3)之間形成第一氣體靜壓氣膜腔(8)，中間推動板(5)與后推動板(4)之間形成第二氣體靜壓氣膜腔(15)，氣浮轉換塊(11)內設有靜壓節流小孔(12)。
全文摘要
超精密驅動機構，它涉及一種驅動機構。本發明的目的是為解決現有直線運動的超精密工作臺的缺點是靜、動態剛度較低，抵抗外界干擾的能力較差的問題。本發明中間推動板的上部設置在前推動板和后推動板之間，中間推動板的下端與氣浮轉換塊的上端相連接，前推動板內設有第一節流小孔，后推動板內設有第二節流小孔，中間推動板與前推動板之間形成第一氣體靜壓氣膜腔，中間推動板與后推動板之間形成第二氣體靜壓氣膜腔，氣浮轉換塊內設有靜壓節流小孔。本發明的優點是結構簡單、工作可靠，徹底消除了絲杠驅動方向之外的兩個方向的力干擾。精度高，大行程超精密工作臺的直線度達到了0.17μm/600mm。承載能力高，應用范圍廣，可應用于多種形式的超精密工作臺的驅動。
文檔編號B23Q5/00GK101157181SQ20071014461
公開日2008年4月9日 申請日期2007年11月16日 優先權日2007年11月16日
發明者張景和, 張飛虎, 張龍江, 梁迎春, 喬 許 申請人:哈爾濱工業大學