专利名称：超精密驱动机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种驱动机构。
技术背景随着科学技术的发展，对产品零件制造精度的要求越来越高，迫切需要 超精密加工的关键工艺与相关技术，尤其是超精密加工机床，更是实现零件 超精密加工的核心与关键。在超精密加工机床中，广泛使用的是液体静压和 气体静压导轨，他们的最大优点是机床的直线运动精度高，可以达到亚微米 甚至纳米量级，但是它们的缺点是其静、动态刚度较低，抵抗外界干扰的能 力较差。因此导轨的驱动系统对导轨或溜板作用时其力的干扰将给其直线度 带来很大的影响，这对超精密加工机床而言是致命的，因而在超精加工机床 导轨和溜板的设计中必需要重点考虑如何消除在驱动溜板的过程中，驱动力 仅仅加在其运动的方向，而在其他方向的干扰力尽量减少或者消除。就丝杠 驱动系统而言，对溜板的驱动力应该完全是其轴向的，这需要在丝杠和溜板 之间，设计一个特殊的机构，既能传递丝杠的轴向力，又要消除其他方向的 干扰力对溜板直线度的影响。发明内容本发明的目的是为解决现有直线运动的超精密工作台的缺点是静、动态 刚度较低，抵抗外界干扰的能力较差的问题，提供一种超精密驱动机构。本发明由溜板l、连接板2、前推动板3、后推动板4、中间推动板5、滚珠丝 杠9、滚珠丝母10、气浮转换块11、导轨13、前支架16、后支架17、电动 机18和后挡板19组成，后挡板19固定在导轨13的后端面上，电动机18固 定在后挡板19上，溜板1设置在导轨13的上侧，气浮转换块11设置在导轨 13的滑槽14内，前支架16设置在导轨13内的前部，后支架17设置在导轨 13内的后部，滚珠丝母10的两端分别与前支架16和后支架17相连接，滚 珠丝母10的中段设置在气浮转换块11内，滚珠丝杠9与滚珠丝母10之间形 成螺旋副，滚珠丝杠9的一端与电动机18的输出端相连接，连接板2下端的 前侧与溜板1上端的后侧固定连接，后推动板4的上端与连接板2下端的后 侧固定连接，前推动板3的上端与溜板1后端的连接板2的下端固定连接， 中间推动板5的上部设置在前推动板3和后推动板4之间，中间推动板5的 下端与气浮转换块ll的上端相连接，前推动板3内设有第一节流小孔6，后 推动板4内设有第二节流小孔7，中间推动板5与前推动板3之间形成第一 气体静压气膜腔8，中间推动板5与后推动板4之间形成第二气体静压气膜 腔15，气浮转换块11内设有静压节流小孔12。本发明的优点在于 一、结构简单，工作可靠，可根据用户需要灵活设 计。二、彻底消除了丝杠驱动方向之外的两个方向的力干扰。三、精度高， 实验结果表明，使用本发明的机构，使大行程超精密工作台的直线度达到了 0.17nm/600mm。四、承载能力高；其承载能力可以通过增加气压和扩大静压 面积来增加。五、应用范围广，可应用于多种形式的超精密工作台的驱动。
图l是本发明的整体结构示意图，图2是图1的A-A剖视图。
具体实施方式
具体实施方式
一(参见图1、图2)本实施方式由溜板l、连接板2、前 推动板3、后推动板4、中间推动板5、滚珠丝杠9、滚珠丝母IO、气浮转换 块11、导轨13、前支架16、后支架17、电动机18和后挡板19组成，后挡 板19固定在导轨13的后端面上，电动机18固定在后挡板19上，溜板1设 置在导轨13的上侧，气浮转换块11设置在导轨13的滑槽14内，前支架16 设置在导轨13内的前部，后支架17设置在导轨13内的后部，滚珠丝母10 的两端分别与前支架16和后支架17相连接，滚珠丝母10的中段设置在气浮 转换块11内，滚珠丝杠9与滚珠丝母10之间形成螺旋副，滚珠丝杠9的一 端与电动机18的输出端相连接，连接板2下端的前侧与溜板1上端的后侧固 定连接，后推动板4的上端与连接板2下端的后侧固定连接，前推动板3的 上端与溜板1后端的连接板2的下端固定连接，中间推动板5的上部设置在 前推动板3和后推动板4之间，中间推动板5的下端与气浮转换块11的上端 相连接，前推动板3内设有第一节流小孔6，后推动板4内设有第二节流小 孔7，中间推动板5与前推动板3之间形成第一气体静压气膜腔8，中间推动
板5与后推动板4之间形成第二气体静压气膜腔15，气浮转换块11内设有 静压节流小孔12。
理论分析在设计和使用本发明时，首先要计算其承载能力和刚度，由于刚度和承载能力的理论推导和计算十分复杂，对于如图1所示的连接结构，承载能力可以采用如下的简单公式进行计算
『=CS(7ViV;其中，W是承载能力；C为修正系数， 一般选在0.25-0.35 之间；S为气膜的面积，A为供气压力；A为使用环境的气压。
静态刚度可以采用如下的简单公式进行计算
K二2.SSr^/Ml人其中，K是刚度，W是承载能力；ho是气膜厚度，即间隙。
工作原理在超精密加工机床中，溜板的直线度是一个非常重要的技术指标，由于在超精密机床中广泛地使用气浮导轨，必须消除丝杠等驱动元件 的安装误差、几何误差和运动误差给超精密工作台带来的影响。在本发明中，如图1所示，电动机18的旋转带动滚珠丝杠9的旋转，通过滚珠丝杠9和滚 珠丝母10之间的螺旋副，将滚珠丝杠9的旋转运动转化成丝杠的直线运动， 压縮空气经过静压节流小孔12节流后，形成导轨13和气浮转换块11间的静 压油膜，消除导轨13和气浮转换块11之间的摩擦，气浮转换块ll与滚珠丝 母10连接在一起，中间推动板5是与气浮转换块11固接在一起的，限制滚 珠丝母10的选择旋转，所以中间推动板5与滚珠丝母IO—起向前运动，压 縮空气经过第一节流小孔6和第二节流小孔7节流以后，形成第一气体静压 气膜8和第二气体静压气膜腔15，中间推动板5的运动和动力(轴向力)通 过第一气体静压气膜8和第二气体静压气膜腔15与前推动板3、后推动板4 将驱动力传递到溜板1上，带动溜板1运动，实现工作台进给运动。本发明 由于丝杠的驱动力是通过气体静压气膜传递到超精密工作台上去的，由于空 气之间的剪切摩擦力很小，甚至可以忽略的程度，所以丝杠安装误差、几何 误差和运动误差就传不到超精密工作台上去，只把丝杠的轴向驱动力传到超 精密工作台上去。进而实现了工作台的超精密驱动。
权利要求
1、一种超精密驱动机构，它由溜板(1)、连接板(2)、前推动板(3)、后推动板(4)、中间推动板(5)、滚珠丝杠(9)、滚珠丝母(10)、气浮转换块(11)、导轨(13)、前支架(16)、后支架(17)、电动机(18)和后挡板(19)组成，后挡板(19)固定在导轨(13)的后端面上，电动机(18)固定在后挡板(19)上，溜板(1)设置在导轨(13)的上侧，气浮转换块(11)设置在导轨(13)的滑槽(14)内，前支架(16)设置在导轨(13)内的前部，后支架(17)设置在导轨(13)内的后部，滚珠丝母(10)的两端分别与前支架(16)和后支架(17)相连接，滚珠丝母(10)的中段设置在气浮转换块(11)内，滚珠丝杠(9)与滚珠丝母(10)之间形成螺旋副，滚珠丝杠(9)的一端与电动机(18)的输出端相连接，其特征在于连接板(2)下端的前侧与溜板(1)上端的后侧固定连接，后推动板(4)的上端与连接板(2)下端的后侧固定连接，前推动板(3)的上端与溜板(1)后端的连接板(2)的下端固定连接，中间推动板(5)的上部设置在前推动板(3)和后推动板(4)之间，中间推动板(5)的下端与气浮转换块(11)的上端相连接，前推动板(3)内设有第一节流小孔(6)，后推动板(4)内设有第二节流小孔(7)，中间推动板(5)与前推动板(3)之间形成第一气体静压气膜腔(8)，中间推动板(5)与后推动板(4)之间形成第二气体静压气膜腔(15)，气浮转换块(11)内设有静压节流小孔(12)。
全文摘要
超精密驱动机构，它涉及一种驱动机构。本发明的目的是为解决现有直线运动的超精密工作台的缺点是静、动态刚度较低，抵抗外界干扰的能力较差的问题。本发明中间推动板的上部设置在前推动板和后推动板之间，中间推动板的下端与气浮转换块的上端相连接，前推动板内设有第一节流小孔，后推动板内设有第二节流小孔，中间推动板与前推动板之间形成第一气体静压气膜腔，中间推动板与后推动板之间形成第二气体静压气膜腔，气浮转换块内设有静压节流小孔。本发明的优点是结构简单、工作可靠，彻底消除了丝杠驱动方向之外的两个方向的力干扰。精度高，大行程超精密工作台的直线度达到了0.17μm/600mm。承载能力高，应用范围广，可应用于多种形式的超精密工作台的驱动。
文档编号B23Q5/00GK101157181SQ20071014461
公开日2008年4月9日 申请日期2007年11月16日 优先权日2007年11月16日
发明者张景和, 张飞虎, 张龙江, 梁迎春, 乔 许 申请人:哈尔滨工业大学