[實用新型]高精度豎直軸進給升降機構

有效

• 申請號: 201920966352.0
• 申請日: 2019-06-25
• 公開（公告）號: CN210121767U
• 公開（公告）日: 2020-03-03
• 發明（設計）人: 滕翔宇;霍德鴻;丁輝
• 申請（專利權）人: 江蘇集萃精凱高端裝備技術有限公司
• 主分類號: B23Q1/26
• 分類號: B23Q1/26;B23Q5/36;B23Q5/40
• 代理公司: 蘇州威世朋知識產權代理事務所(普通合伙) 32235
• 代理人: 劉振龍

本實用新型涉及一種高精度豎直軸進給升降機構，包括底座、伺服電機、絲杠以及靜壓螺母副，在所述的靜壓螺母副上設有若干均勻分布的節流孔，所述的節流孔的出口位于靜壓螺母副與絲杠的齒形嚙合的位置，在所述的節流孔內通入高壓氣體使得齒形嚙合的位置形成氣膜。采用基于氣體靜壓絲杠結構實現豎直方向的位移，由于絲杠軸向剛度高，承載力高，克服了直線電機在豎直方向鎖緊力小以及機構尺寸大的問題。由于氣體薄膜的均化效應，不僅進一步提高進給精度，而且大幅降低了絲杠與靜壓螺母副的形狀誤差對運動精度的影響，同時避免了機械部件的直接接觸，有效減小了運行中的摩擦力，結合高精度伺服電機，實現工作臺的精密升降控制。

技術領域

本實用新型涉及超精密加工設備領域，尤其涉及一種高精度豎直軸進給升降機構。

背景技術

隨著超精密加工制造技術的發展，許多高科技產品對超精密加工機床加工精度的要求越來越高。超精密直線運動平臺是超精密機床實現高加工精度的重要執行部件，其性能在一定程度上決定了整個機床的加工性能。基于機械切削方法實現自由曲面、微結構等光學元件的加工，具有加工效率高、成本低及加工材料范圍廣等優點。復雜自由曲面和微結構的加工往往需要用到豎直軸升降機構，然而由于超精密垂直直線軸運動方向平行于重力方向，受重力場作用，其受載工況較水平直線軸更為嚴苛，實現高精度進給更為困難。在超精密機床中豎直軸進給一般采用驅動系統配合直線導軌、光柵尺反饋與氣缸平衡配合實現，該設計具有尺寸大、結構復雜、成本高等缺點。

傳統滾珠絲杠副作為一種廣泛使用的進給系統驅動元件，由于自身結構的原因暴露出一系列缺點，比如絲杠螺距誤差導致的運動不平穩、接觸磨損、重載點蝕等。由于解決問題難度大，直線電機得到了越來越多的關注。

直線電機雖然有跟蹤與定位精度高、加速度大與進給行程長度不受限等優勢，但因其結構尺寸大、豎直方向鎖緊力小等缺點限制了其在豎直方向進給的超精密直線運動平臺的應用。特別是由于直線電機在傳動過程沒有多余傳動部件，導致其在運動過程中，外在負載及運動條件的改變會直接作用在電機上，導致直線電機伺服系統劇烈振蕩，以至于系統穩定性下降。

發明內容

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種基于氣體靜壓絲杠的高精度豎直軸進給升降機構，其結構簡單，適用性強，可以滿足自由曲面、微結構等光學元件的加工對豎直軸升降機構的剛度與運動、進給精度的需求。

本實用新型解決其技術問題所采取的技術方案是：一種高精度豎直軸進給升降機構，包括底座、設置在底座上的伺服電機、通過伺服電機驅動的絲杠以及設置在絲杠上的靜壓螺母副，在所述的靜壓螺母副上設有若干均勻分布的節流孔，所述的節流孔的出口位于靜壓螺母副與絲杠的齒形嚙合的位置，在所述的節流孔內通入高壓氣體使得齒形嚙合的位置形成氣膜。

進一步具體的，所述的靜壓螺母副包括與絲杠嚙合的螺母以及直線導軌，所述的直線導軌包括固定于底座上的定子以及設置于螺母上的動子。

進一步具體的，所述的動子包括固定于螺母上的導向塊以及設置于導向塊內的導向槽，所述的定子插入導向槽內，所述的節流孔向導向槽內通入高壓氣體并在導向槽與定子之間形成氣膜。

進一步具體的，所述的導向塊為一環形塊，所述的螺母設置在環形塊的內壁，所述的導向槽為一環形槽。

進一步具體的，在所述的直線導軌的動子上設置若干供氣通道，每個所述的供氣通道與多個節流孔連通。

進一步具體的，所述的節流孔包括設置于直線導軌動子上的供氣孔以及設置于螺母上的絲杠節流孔，在所述的直線導軌動子與螺母之間形成封閉的間隙節流通道，所述的間隙節流通道與供氣孔、絲杠節流孔連通。

進一步具體的，所述的絲杠節流孔為偶數個，其中一半數量的絲杠節流孔連通至螺母齒形的上表面，另一半數量的絲杠節流孔連通至螺母齒形的下表面。

進一步具體的，所述的靜壓螺母副呈圓柱形并在端面開設用于容納絲杠的容納腔。