[实用新型]高精度竖直轴进给升降机构

说明书

本实用新型涉及一种高精度竖直轴进给升降机构，包括底座、伺服电机、丝杠以及静压螺母副，在所述的静压螺母副上设有若干均匀分布的节流孔，所述的节流孔的出口位于静压螺母副与丝杠的齿形啮合的位置，在所述的节流孔内通入高压气体使得齿形啮合的位置形成气膜。采用基于气体静压丝杠结构实现竖直方向的位移，由于丝杠轴向刚度高，承载力高，克服了直线电机在竖直方向锁紧力小以及机构尺寸大的问题。由于气体薄膜的均化效应，不仅进一步提高进给精度，而且大幅降低了丝杠与静压螺母副的形状误差对运动精度的影响，同时避免了机械部件的直接接触，有效减小了运行中的摩擦力，结合高精度伺服电机，实现工作台的精密升降控制。

技术领域

本实用新型涉及超精密加工设备领域，尤其涉及一种高精度竖直轴进给升降机构。

背景技术

随着超精密加工制造技术的发展，许多高科技产品对超精密加工机床加工精度的要求越来越高。超精密直线运动平台是超精密机床实现高加工精度的重要执行部件，其性能在一定程度上决定了整个机床的加工性能。基于机械切削方法实现自由曲面、微结构等光学元件的加工，具有加工效率高、成本低及加工材料范围广等优点。复杂自由曲面和微结构的加工往往需要用到竖直轴升降机构，然而由于超精密垂直直线轴运动方向平行于重力方向，受重力场作用，其受载工况较水平直线轴更为严苛，实现高精度进给更为困难。在超精密机床中竖直轴进给一般采用驱动系统配合直线导轨、光栅尺反馈与气缸平衡配合实现，该设计具有尺寸大、结构复杂、成本高等缺点。

传统滚珠丝杠副作为一种广泛使用的进给系统驱动元件，由于自身结构的原因暴露出一系列缺点，比如丝杠螺距误差导致的运动不平稳、接触磨损、重载点蚀等。由于解决问题难度大，直线电机得到了越来越多的关注。

直线电机虽然有跟踪与定位精度高、加速度大与进给行程长度不受限等优势，但因其结构尺寸大、竖直方向锁紧力小等缺点限制了其在竖直方向进给的超精密直线运动平台的应用。特别是由于直线电机在传动过程没有多余传动部件，导致其在运动过程中，外在负载及运动条件的改变会直接作用在电机上，导致直线电机伺服系统剧烈振荡，以至于系统稳定性下降。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于气体静压丝杠的高精度竖直轴进给升降机构，其结构简单，适用性强，可以满足自由曲面、微结构等光学元件的加工对竖直轴升降机构的刚度与运动、进给精度的需求。

本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：一种高精度竖直轴进给升降机构，包括底座、设置在底座上的伺服电机、通过伺服电机驱动的丝杠以及设置在丝杠上的静压螺母副，在所述的静压螺母副上设有若干均匀分布的节流孔，所述的节流孔的出口位于静压螺母副与丝杠的齿形啮合的位置，在所述的节流孔内通入高压气体使得齿形啮合的位置形成气膜。

进一步具体的，所述的静压螺母副包括与丝杠啮合的螺母以及直线导轨，所述的直线导轨包括固定于底座上的定子以及设置于螺母上的动子。

进一步具体的，所述的动子包括固定于螺母上的导向块以及设置于导向块内的导向槽，所述的定子插入导向槽内，所述的节流孔向导向槽内通入高压气体并在导向槽与定子之间形成气膜。

进一步具体的，所述的导向块为一环形块，所述的螺母设置在环形块的内壁，所述的导向槽为一环形槽。

进一步具体的，在所述的直线导轨的动子上设置若干供气通道，每个所述的供气通道与多个节流孔连通。

进一步具体的，所述的节流孔包括设置于直线导轨动子上的供气孔以及设置于螺母上的丝杠节流孔，在所述的直线导轨动子与螺母之间形成封闭的间隙节流通道，所述的间隙节流通道与供气孔、丝杠节流孔连通。

进一步具体的，所述的丝杠节流孔为偶数个，其中一半数量的丝杠节流孔连通至螺母齿形的上表面，另一半数量的丝杠节流孔连通至螺母齿形的下表面。

进一步具体的，所述的静压螺母副呈圆柱形并在端面开设用于容纳丝杠的容纳腔。