[发明专利]基于超声电机的超精密大行程刀具微动进给装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于超声电机的超精密大行程刀具微动进给装置，属于刀具进给装置技术领域。

背景技术

近年来随着超精密加工、微电子技术、航空宇航等学科的快速发展，对其系统组件的加工精度要求越来越高，而零件的加工精度很大程度上取决于机床位移精度，其中刀具的进给精度又是重中之重。例如在超精密加工中，要获得零件形状尺寸的高精度和加工表面的超光滑，除了必须拥有超精密的机床、高精度和高分辨率的检测仪器、高精度的金刚石刀具和超稳定的加工环境条件以外，还必须具备能够实现精确对刀以及位移误差补偿的精密刀具位移进给装置。

目前，常用的精密刀具微位移进给装置主要有如下几种：

1) 基于压电陶瓷的微位移装置，这是一种利用压电陶瓷作为致动元件的微位移装置。与传统的丝杠导轨微位移装置相比，这种微位移装置具有更高的位移精度，同时具有响应速度高、功耗低等优点，因而受到广泛的关注和应用。但由于其柔性铰链结构形式的限制，这种微位移装置工作范围有限，通常在几微米到几十微米范围内，并且切向无承载能力，应用环境比较严格。

2) 直线电机，直线电机弥补了前一种微位移装置的不足，同时具有高的精度和大的行程。但是直线电机也存在着不足之处，主要体现在以下两个方面：第一、与同容量旋转电机相比，直线电机(主要是感应式直线电机)的效率和功率因数较小，尤其在低速时比较明显。这一方面是因为直线电机的初次级气隙一般都比旋转电机大，因此所需的磁化电流就较大，损耗增加；另一方面，由于直线电机初级铁心两端开断，产生了所谓的端部效应，从而引起波形畸变等问题，其结果也导致损耗增加。但从整个装置或系统来看，采用直线电机可省去中间传动装置，因此系统总效率往往还是比采用旋转电机要高。第二、直线电机特别是直线感应电机的起动推力受电源电压的影响较大，需采取有关措施保证电源的稳定或改变电机的有关特性来减少或消除这种影响。

截至目前，绝大多数实现一维微位移刀具精确进给的位移台都是通过一维位移台组合形成宏微两级位置调整机构，或者通过压电陶瓷+柔性铰链实现刀具精密进给，这样要么极大的增加了二维位移台的体积，要么行程极小。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的不能够实现大行程精密刀具进给的问题。进而提供一种基于超声电机的超精密大行程刀具微动进给装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于超声电机的超精密大行程刀具微动进给装置，包括直线滚珠导套、轴套、导向杆、滑动块、刀架框体、连接法兰一，所述导向杆的前后两端固定在刀架框体上，导向杆和刀架框体之间由连接法兰一相连接，滑动块设置在刀架框体内，滑动块两侧的通孔内安装有直线滚珠导套，两个直线滚珠导套通过轴套间隔轴向分布在导向杆上，形成滑动副。 

本发明的有益效果：由于超声电机是利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动来获得其运动和力矩的，将材料的微观变形通过机械共振放大和摩擦耦合转换成转子的宏观运动，具有低速大力矩输出、功率密度高、起停控制性好、可实现直接驱动、可实现精确定位的优点，所以超声电机与滚珠丝杠组合在一起，解决了常见的刀具位移进给中进给精度与大行程进给不能同时兼顾问题，安装简单方便。本发明中进给采用高精度回转式超声电机与THK导程为2mm的精密滚珠丝杠，检测采用雷尼绍分辨率为5nm高精度测微头与变形系数小的铟钢光栅尺，在导向方面采用THK的直线滚珠导套与光轴保证刀具的直线进给，通过以上方法实现行程为150mm的高精度大行程刀具进给。

 

附图说明

图1 为基于超声电机的超精密大行程刀具微动进给装置主视图；

图2为 基于超声电机的超精密大行程刀具微动进给装置俯视图；

图3 为基于超声电机的超精密大行程刀具微动进给装置左视图。

 

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。 

如图1~图3所示，本实施例所涉及的一种基于超声电机的超精密大行程刀具微动进给装置，包括直线滚珠导套25、轴套31、导向杆13、滑动块14、刀架框体15和连接法兰一16，所述导向杆13的前后两端固定在刀架框体15上，导向杆13和刀架框体15之间由连接法兰一16相连接，滑动块14设置在刀架框体15内，滑动块14两侧的通孔内安装有直线滚珠导套25，两个直线滚珠导套25通过轴套31间隔轴向分布在导向杆13上，形成滑动副。