[发明专利]一种宏微驱动变形导轨精密回转装置

说明书

技术领域

本发明属于精密数控机械技术领域，涉及一种宏微驱动变形导轨精密回转装置。

背景技术

随着科学技术的发展，大回转范围(如180度、360度以上)、全载荷(包括F_x、F_Z、F_Y的三项力及M_X、M_Y、M_Z的三项矩，共六项全载荷)的精密超精密数控回转机械需求越来越多，如超精密回转检测机械、超精密回转传动机械、超精密回转加工机械等精密回转运动机械的工作精度已经开始进入10^-1～10^-3角秒(1角秒，即1″约为0.00028度)级，因此角秒～微角秒级的精密和超精密数控回转机械成为高端数控机械的重要发展方向之一。超精密级数控机械的驱动、传动、导轨装置对其回转运动精度影响很大。提高大回转范围、全载荷精密超精密数控回转机械精度的有效途径之一是采用宏驱动和微驱动相结合的宏微驱动系统，由宏驱动实现大回转范围回转运动，由微驱动实现角秒～微角秒级精密和超精密回转运动。

回转运动的宏驱动一般采用机电结合模式(由伺服电机驱动，经齿轮或蜗轮机械传动)带动输出轴回转；另一种是采用力矩电机直接驱动模式(将力矩电机(大力矩的伺服电机)的转子与输出轴合为一体，定子与壳体合为一体，实现无任何中间机械传动环节(即零传动)的直接驱动。回转运动的微驱动一般采用压电致动器或磁致伸缩致动器等微致动器，通过微致动器的伸缩(直线运动)、柔性铰链机构的传动驱使微动机构的回转体回转。宏微驱动相结合的方式为宏驱动和微驱动串联方式，微驱动的输入端与宏驱动的输出端(可称为宏动回转体)连接，微驱动的输出端(微动回转体)与回转工作台连接。

回转工作台的外载荷(包括工作载荷和重力载荷)一般包括F_x、F_Y、F_Z三项力及M_X、M_Y、M_Z三项矩六项全载荷，其中回转方向的外载荷M_Z由宏微驱动机构承受，其余外载荷F_x、F_Y、F_Z及M_X、M_Y由导轨副承受。回转工作台的运动精度(可用偏差描述)也有六项e_x、e_y、e_z、e_θx、e_θy、e_θz，其中回转方向的精度e_θz取决于微驱动机构，其余五项精度(可用导向误差e_x、e_y、e_z、e_θx、e_θy表示)取决于导轨副的导向精度。目前的宏微驱动回转装置的主要结构是：仅在宏驱动机构的宏动回转体与宏动壳体之间设置回转导轨(用轴承作回转导轨)。

现有技术存在的不足有：(1)微致动器的直线运动没有导向装置，将影响微动的运动精度(直线运动同样也有e_x、e_y、e_z、e_θx、e_θy、e_θz共六项误差)；(2)由于微致动器没有导向装置，微驱动器将会承受三项力及三项矩六项载荷，而微驱动器采用压电致动器时，压电致动器不宜承受横向力和力矩，将影响微致动器的工作性能；(3)回转工作台与宏动回转体之间没有设置回转导轨，回转工作台的六项全载荷全部要通过微驱动机构传递，因此回转工作台不能承受大的全载荷，除了驱动力矩M_Z取决于微压电致动器的选择外，只适合无F_x、F_Y、F_Z及M_X、M_Y载荷或为微小载荷场合应用；(4)除了回转工作台的回转方向的精度取决于微驱动机构外，其余五项精度取决于宏动回转体与宏动壳体之间的导轨副的导向精度，而宏动导轨副的导向精度有限，因此制约了回转工作台的其他五项精度的提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种宏微驱动变形导轨精密回转装置，解决了现有技术导向精度不高、不能承受大的全载荷的问题。