[發明專利]具有混聯導軌結合部的宏微驅動精密進給系統

無效

• 申請號: 200910020976.4
• 申請日: 2009-01-20
• 公開（公告）號: CN101474758A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（設計）人: 黃玉美;劉定強;李虎;楊新剛;武宏璋;謝禮
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: B23Q5/22
• 分類號: B23Q5/22;B23Q5/28
• 代理公司: 西安弘理專利事務所
• 代理人: 羅 笛

技術領域

本發明屬于精密數控機床技術領域，涉及一種適用于大尺度、全載荷、三維復雜型面加工的精密、超精密數控機床的進給系統，具體涉及一種具有混聯導軌結合部的宏微驅動精密進給系統。

背景技術

隨著科學技術的發展，大尺度、三維復雜輪廓、高精度零件的加工需求越來越多，超精密加工精度已經開始進入納米級，普通機床加工達不到要求，而必須采用多軸聯動、高速、高精度的高性能數控機床來加工。各國競相研究開發大型精密五軸加工機床、坐標級精密加工機床。

機床進給系統是影響機床整機性能的關鍵因素之一。驅動、傳動、導向對進給系統性能影響很大。提高超精密加工機床進給精度的有效途徑之一是采用宏微驅動，由宏驅動實現加工尺寸及輪廓，由微驅動進行尺寸、輪廓的誤差補償，從而達到超精密加工要求。宏微驅動的宏動滑臺多采用零傳動的直線電機驅動，微動滑臺多采用零傳動的壓電致動器驅動。微動滑臺為進給系統的工作滑臺，帶動安裝其上的工件、或刀具部件、或其他運動部件進行運動。宏微驅動進給已經用于車刀、鏜刀及砂輪的進給系統，進行二維回轉表面加工。

滑臺相對滑座的位置姿態有6個自由度，其中一個自由度為沿二者的相對運動方向，是運動功能方向，在該方向導軌副只承受摩擦力，要求二者能夠進行宏觀相對運動，且要求運動摩擦力盡可能小，以減少導軌副摩擦對進給系統運動平穩性精度的影響；其余5個自由度為運動約束方向，導軌副將承受2個橫向力和3個力矩的約束力，約束方向是決定導軌導向精度的關鍵，要求在運動約束方向滑臺相對滑座的2個橫向線位移和3個角位移的微觀位移盡可能小，以提高導軌導向精度，但約束方向微觀位移過小，一般導軌副的摩擦力將增加。

微動滑臺是工作滑臺，其上將安裝工件或其他功能部件，微動滑臺的導向精度直接影響宏微驅動精密進給系統的導向精度和運動精度。對小尺度、二維、只在運動方向承受通過致動器中心線的載荷的微動滑臺，如微動滑臺沿Z軸運動，載荷只有通過致動器中心線沿Z軸方向的力F_Z，或除了力F_Z外，還有沿Y軸方向的橫向力F_Y，繞X軸的力矩M_X的輕微載荷，F_Z、F_Y及M_X為ZY平面內的平面載荷。對于小尺度、二維輕微載荷的微動滑臺只需利用二維平面(ZY平面)內的柔性鉸鏈機構確定其相對宏動滑臺位姿，不需為微動滑臺另設導軌。這種宏微驅動進給系統已在精密微型機器人、光刻機、檢測儀的微調整、微型刀架等機構進行了應用。

而關于中大型精密、超精密加工機床，安裝工件或主軸頭的微動滑臺，一般為大尺度，承受三維空間的全載荷，即有載荷F_Z、F_Y、F_x及M_X、M_Y、M_Z，且全載荷為較大的載荷。全載荷為較大的載荷的原因是，雖然微進給運動的行程小，但微動滑臺的尺度卻可以非常懸殊，如中大型工作滑臺長度可達幾百毫米至幾千毫米，雖然精密、超精密加工的切削載荷不大，但三維空間的切削載荷折算到微動滑臺承受的力矩較大。對于上述情況，若微動滑臺利用二維平面柔性鉸鏈機構確定其相對宏動滑臺位姿，微動滑臺無法承受大載荷、全載荷；導向精度無法保證；用于微驅動的致動器受力狀況惡劣(因致動器可以承受大的推力，但最好不承受或僅承受輕微的橫向力及力矩)，影響致動器的工作性能甚至導致破壞；運動精度也將受影響。因此，解決大尺度、全載荷宏微驅動精密進給系統的導軌問題成為實現進給精度高、導向精度高、承載能力強的宏微驅動進給系統的關鍵技術，并對精密五軸加工機床、坐標級精密加工機床的研究開發具有十分重的意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有混聯導軌結合部的宏微驅動精密進給系統，用于進行大尺度、全載荷、三維復雜型面加工的精密、超精密數控機床，具有進給精度高、導向精度高、承載能力強、致動器受力狀態好的特點。