[實用新型]一種基于磁流變與超磁致伸縮的蠕動式微進給裝置

無效

• 申請號: 201020195514.4
• 申請日: 2010-05-18
• 公開（公告）號: CN201678441U
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發明（設計）人: 姚喆赫;梅德慶;陳子辰
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;H01L41/12
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本實用新型涉及一種微進給裝置，尤其涉及一種基于磁流變與超磁致伸縮的蠕動式微進給裝置。

背景技術

微進給機構是指行程小、靈敏度和精度高的機構，是精密機構與精密儀器的重要組成部分之一，一般認為進給量在毫米以下的機構為微進給機構。它既是重要的進給元件，也是對工藝系統誤差進行動態、靜態補償的關鍵元件。微進給機構不僅廣泛應用于各種精密測量儀器，而且在多種控制系統中充當作動器。如今微進給技術在精密機械工程(刀具微進給)、光學精密工程(自動調焦)、計算機及電子技術(芯片定位)、生物醫學工程(微操作)等領域都有著廣泛的應用背景。

目前常見的微進給機構一般是利用彈性變形、直線電機、機械傳動、電磁力和智能材料(壓電陶瓷、電致伸縮、磁致伸縮)等實現微進給。在這些機構中，智能材料微進給機構響應速度快，精度高，已經成為微進給系統的發展方向，如采用壓電陶瓷、形狀記憶合金以及磁致伸縮材料等實現微進給。但智能材料進給輸出位移小，如果直接用它來驅動負載，則結構復雜、體積大，并且使響應特性變差。

為了克服智能材料行程小的缺點，可以采用宏微復合進給系統和蠕動進給系統的設計。宏微復合進給系統是采用旋轉電機-滾珠絲杠與電/磁致伸縮元件相結合的復合進給方式，以宏量進給(旋轉電機-滾珠絲杠)為基礎，在宏量進給機構上搭載微量進給機構(電/磁致伸縮元件)。而蠕動進給機構是利用兩個箝位夾緊機構與電/磁致伸縮元件相配合以不斷伸縮來實現大位移進給。為了實現精確進給，宏微復合進給方式的控制方法非常關鍵，通常在微量進給機構工作時，先由電/磁致伸縮元件驅動負載做微量進給，當其輸出位移達到滿行程時，快速回退到起始位置，然后由宏量進給機構驅動微量進給機構和負載做相同距離的大步進給，到位后再由微進給部件工作。可以看出宏微復合進給過程實質也是由兩種進給方式交替進行，相比之下蠕動進給機構在簡化機構和控制上更具有優勢。

蠕動進給機構在保持智能伸縮材料高位移分辨率的同時實現了大位移行程的優點。箝位夾緊機構是蠕動進給機構的關鍵部件，目前箝位夾緊機構的典型設計是基于壓電陶瓷驅動進行設計，其實質均為電/磁致伸縮致動和摩擦力傳遞運動相結合進行蠕動進給。由于采用摩擦力進行運動傳遞，軸向進給剛度和輸出推力較小是蠕動機構的不足之處，因此在負載較大的應用場合蠕動進給機構的應用存在限制。

從已有微進給機構的研究報道中可以發現，目前微進給機構仍不能很好地實現大行程高精度的微量進給。主要存在的問題有：

(1)在微進給機構中，采用智能材料進給存在許多優勢，是今后的發展方向，但單獨采用智能材料進給，往往不能滿足大行程的需求；

(2)蠕動進給機構巧妙地解決了智能材料微進給行程小的缺陷，但其不足之處是箝位夾緊機構的推動力不夠，因而負載受到限制。

為了開發一種大量程、高精度、大負載的微進給技術，為精密機械與儀器提供精確定位，進而促進和拓展精密機械的發展與應用，對于現有的蠕動進給技術進行改進是十分必要的。

發明內容

為了克服智能材料蠕動進給技術推力小的不足，本實用新型的目的在于提供一種基于磁流變與超磁致伸縮的蠕動式微進給裝置。利用磁流變液的流變特性，取代摩擦力驅動的箝位裝置，設計了一種基于磁流變液的箝位裝置，并采用Terfenol-D(鋱鏑鐵磁致伸縮合金)超磁致伸縮材料進行伸縮驅動，從而提高了推進力和負載能力，提供了一種新型大量程、高精度、大負載的蠕動式微進給技術。

本實用新型的基本原理是：

磁流變液是由高磁導率、低磁滯性的微小軟磁性顆粒和非導磁性液體混合而成的懸浮體。這種懸浮體在零磁場條件下呈現出低粘度的牛頓流體特性。在磁場的作用下，可以由小粘度易流動的牛頓流體變為高粘度難流動的塑性賓漢Bingham流體，而且該轉化是毫秒級的可逆轉化。磁流變液的優良特性為制動器提供一種解決方案，在無磁場作用下，磁流變液呈流動狀態，不影響機構運動，但在磁場作用下，磁流變液發生流變效應，磁性顆粒被磁化連結成鏈，磁流變液轉化為“類固體”，對機構進動產生阻力，從而起到制動效果。而且只要調節磁場強度即可達到改變制動力矩的作用。

本實用新型也利用了磁流變液可以應用于制動器的特性，基于磁流變液為蠕動進給裝置設計了一種箝位機構，通過控制磁場達到控制箝位機構的快速打開和閉合，并與Terfenol-D超磁致伸縮材料相配合，實現機構的快速蠕動進給。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：

一、一種基于磁流變與超磁致伸縮的蠕動式微進給裝置：

在主軸上從左至右依次裝有后箝位機構、Terfenol-D伸縮機構和前箝位機構；其中：