[发明专利]基于变刚度柔性结构的磁辅助激励精密驱动工作台

说明书

本发明公开了一种基于变刚度柔性结构的磁辅助激励精密驱动工作台，包括底座和工作台，底座上设置有直线导轨，直线导轨上装配有两个滑块，每个滑块和工作台之间均装有柔性体，柔性体包括通过V型铰接板连接的U型框架和矩形块，U型框架上开有螺栓孔a，U型框架与滑块通过穿过螺栓孔a的螺栓连接，矩形块上开有螺栓孔b，矩形块与工作台通过穿过螺栓孔b的螺栓连接，矩形块上装有永磁磁铁，U型框架上装有电磁激励装置，永磁磁铁和电磁激励装置相对设置。本发明磁辅助激励精密驱动工作台，解决了滚柱/滚珠式精密驱动工作台的预滚滑摩擦扰动问题，并在保证精度的前提下有效降低系统能耗和抑制工作台的残余振动，提升了工作台系统的动态稳定性。

技术领域

本发明属于机械设计与制造技术领域，具体涉及一种基于变刚度柔性结构的磁辅助激励精密驱动工作台。

背景技术

高精密工作台是微机电系统监测、微纳加工及微量增材制造等检测或加工过程中最重要的机械驱动部件。近年来，国内外学者关于高速超精密驱动问题进行了大量研究，采用了包括柔性结构体、静压导轨、磁悬浮导轨或滚珠、滚柱滑块等导向零部件，以期实现高速、精确的移动位置控制。但到目前为止，如何开发高效、低成本、高精度直驱工作台，仍未得到很好的解决。一般说来，柔性体工作台具有结构紧凑、成本低廉且不存在摩擦扰动的优势，但受柔性结构自身工作行程和承载能力的限制，使其难以应用于大行程或中、高载荷工况，例如纳米光刻机。与之相比，磁悬浮式工作台具有较高的承载能力，但由于其制造成本过高且控制复杂，因而仅限用于高端装备领域，例如半导体制造。此外，静压导轨也具有较大行程时的精准定位能力，可是受工作原理的限制，使其难以满足超洁净室或真空环境的需求。目前，滚柱、滚珠滑块式工作台是使用最为广泛且最具成本效益的驱动形式，它可以在各种工况环境下实现较为精确的移动定位，包括洁净室与真空环境(例如扫描电子显微镜和聚焦离子束系统)，且具有较低的制造成本。然而，在预滑动阶段，滚珠/滚柱滑块式导向驱动工作台由于弹塑性变形、滚动元件与密封件的微滑移，致使其定位精度仅能满足微米级加工的要求。同时，相对于无摩擦的磁悬浮工作台，滚柱/滚珠滑块式工作台定位过程需花费5～10倍的时间到达指定位置，因而极大地约束了驱动台的工作效率及产品生产能力。此外，当高速运行换向时，精密工作台由于自身的惯性作用会造成直线电机的高能耗和大发热量，并易引发热变形误差及残余振动。

由此可见，在高效、低成本的前提下，解决滚柱/滚珠滑块式超精密驱动台预滑阶段摩擦力的补偿及高速运行换向阶段高能耗、残余振动问题，对推动超精密驱动领域的创新开发和发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于变刚度柔性结构的磁辅助激励精密驱动工作台，解决了现有滚柱/滚珠滑块式精密驱动台预滑非线性摩擦力带来的定位误差的问题，同时在保证精度的前提下有效降低驱动系统能耗并抑制工作台的残余振动。

本发明所采用的技术方案是，本发明基于变刚度柔性结构的磁辅助激励精密驱动工作台，包括底座和工作台，底座上依次平行设置有直线导轨、直线电机、用于定位支撑直线电机的支撑板、侧挡板，直线导轨上装配有两个滑块，每个滑块和工作台之间均装有柔性体，柔性体包括通过V型铰接板连接的U型框架和矩形块，U型框架上开有螺栓孔a，U型框架与滑块通过穿过螺栓孔a的螺栓连接，矩形块上开有螺栓孔b，矩形块与工作台通过穿过螺栓孔b的螺栓连接，矩形块上装有永磁磁铁，U型框架上装有电磁激励装置，永磁磁铁和电磁激励装置相对设置。

本发明的特点还在于：

电磁激励装置包括绕有电磁线圈的铁芯，铁芯外套接有盖板，盖板通过螺栓固定于U型框架上。

侧挡板上设置有光栅编码器定尺，工作台上设置有与光栅编码器定尺相配合的光栅编码器滑尺。

滑块为滚珠式滑块或者滚柱式滑块。

底座两端对称设置有端面挡板，端面挡板上设置有缓冲器。

工作台通过连接板与拖链连接，拖链内穿有用于连接光栅编码器滑尺的电缆。