[发明专利]气体润滑与摩擦阻尼复合式高刚度高稳定性二维调整工作台

说明书

技术领域

本发明属于精密仪器及机械技术领域，特别涉及一种气体润滑与摩擦阻尼复合式高刚度高稳定性二维调整工作台。

背景技术

近年来，随着先进装备制造业逐渐朝向精密化和超精密化发展，特别是航空发动机性能的不断提升，对发动机加工装配的精度要求越来越高，尤其是在追求更高推重比的同时，由于装配误差产生的发动机振动、噪声等因素对性能的影响逐渐突显出来。这就对发动机的测试装备性能提出了严峻的挑战，因而也对所使用的调整定位工作台性能有了更高的要求。

2000年，法国Compiegne工业大学的Samir Mckid等人于研制的摩擦驱动工作台通过液体静压导轨支撑，并使用了零膨胀材料微晶玻璃制作导轨，从而能够降低对环境的要求。该工作台行程为220mm，定位精度可达16nm.(Mekid S. High precision linear slide. Part I: design and construction[J]. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2000, 40(7): 1039~1050)。

2001年，东京工业大学的Shinno等人研制了混合直线电机驱动的两级驱动大行程超精密平台，采用直线电机进行粗定位，音圈电机精密定位（Shinno H, Hashizume H. High speed nanometer positioning using a hybrid linear motor[J]. CIRP Annals-Manufacturing Technology, 2001, 50(1): 243~246）。

台湾淡江大学的Chao.C.L等人也对精密调整定位工作台展开了研究，他们采用摩擦轮驱动和气体支撑的方式对工作台进行了设计，使用激光干涉仪作为反馈测量装置。该工作台在温度20±1℃和湿度60±5%的环境中，其定位精度优于15nm(Chao.C.L, Neou J. Model reference adaptive control of air-lubricated capstan drive for precision positioning[J]. Precision engineering, 2000, 24(4): 285~290)。

2003年，东京工业大学的Mao J、Tachikawa H等人，成功研制了采用直线电机驱动和空气静压丝杠驱动技术的超精密纳米定位工作台，并使用空气静压导轨进行支撑和导向，整个工作台的定位精度可以达到±2nm (Mao J, Tachikawa H, Shimokohbe A. Precision positioning of a DC-motor-driven aerostatic slide system[J]. Precision engineering, 2003, 27(1): 32~41)。

上述运动平台都具有较高的定位精度和位移分辨力，但都是在轻载情况下工作，无法满足航空发动机装配中数百公斤的大负载要求。

专利CN201310166438“大行程微驱动精密二维工作台”提出了一种大行程微驱动精密二维工作台，为一种宏/微驱动结合结构；X向进给装置包括X向大行程进给装置和X向微进给装置，Y向进给装置包括Y向大行程进给装置和Y向微进给装置；Y向大行程进给装置设置于X向微进给装置之上且能随X向微进给装置的进给动作而移动；底座的过渡连接板与机床连接。

专利CN200620072502“大行程高精度二维工作台”提出一种大行程高精度二维工作台，采用复合式磁浮－滑动导轨，设置二维移动工作台的顶部导向面与测量光栅的测量面相重合的结构形式，设置驱动区和工作区二级隔离。

专利CN200920177016“单层小行程二维工作台”提出一种单层小行程二维工作台，由固定滑块、过渡滑块、目标滑块、板式弹簧和调节螺钉组成，采用环状板式结构，通过调节螺钉和板式弹簧的共同作用，使目标滑块在同一水平层中完成X轴、Y轴二维方向的移动，解决普通双层结构的二维工作台占用较大空间的问题。

上述现有技术存在的共性问题是在大载荷的情况下，无法实现调整装置的高位移灵敏度和高定位可靠性；在航空发动机装配测量中，由于发动机转静子以及相关夹具等回转体组件重达数百公斤，其装配工作直接在工作台上进行，装调中需大量反复调整工作以保证装配精度，这就要求使用的调整工作台能够承受大载荷的同时，既要满足易于对工件进行调整，又要确保调整后工作台具有良好的定位稳定性和足够的刚度。