[发明专利]一种超精密低速滚珠丝杠直线进给装置

说明书

技术领域

本发明属于滚珠丝杠直线进给装置技术领域，特别涉及一种超精密低速滚珠丝杠直线进给装置。

背景技术

超精密加工技术作为现代高科技发展的重要支撑，是衡量一个国家科技水平的重要标志，在IC制造、航天航空与核武器制造等领域发挥着极为重要的作用。随着航空航天、高精密仪器仪表、惯导平台、光学和激光等技术的迅速发展和多领域的广泛应用，对各种高精度复杂零件、光学零件、高精度平面、曲面和复杂形状的加工需求日益迫切。

金刚石飞切机床是加工光学零件的重要装备，其在加工面形精度及表面粗糙度要求很高的零件时(如KDP晶体)，需要直线进给装置不仅定位精度高，而且在大行程微动运行过程中速度稳定。然而切削实验表明，由于速度的波动导致了面形精度较低，导致该问题的主要原因是直线进给装置的结构设计未能满足设计要求。在超精密加工机床中，直线进给装置对机床的最终加工精度起着决定性的影响，高精度高可靠性的直线进给装置一直是超精密机床的一个研究重点。因此，必须对超精密低速直线进给装置进行合理设计，保证良好的低速运行平稳性，最终保证机床的加工精度。

目前，超精密机床使用的直线进给装置主要有直线电机驱动和滚珠丝杠传动。直线电机具有结构简单、动态性能高的优点，在国内工业中已广泛应用，但在低速进给传动中的应用还不太普遍，在此环境下，主要采用永磁式直线电机，但其存在着磁场强、退磁、装配和拆卸不方便、直接驱动易引入振动而使装置的稳定性和动态性能变差等不足，降低了直线进给装置的低速平稳性。在采用滚珠丝杠的直线进给装置中，由于配有精密在线检测装置作为进给量的检测和反馈，很大程度上可消除了丝杠的积累误差；在采用C0级滚珠丝杠的闭环控制装置中，可以实现10nm的定位精度。利用滚珠丝杠的微小弹性变形原理，能够实现纳米分辨率的进给，可以满足大多数超精密加工的需要。

综合考虑直线电机驱动和滚珠丝杠驱动形式的直线进给装置的特点，拟选用滚珠丝杠形式的直线进给装置作为微动特性研究的载体，设计滚珠丝杠驱动的直线进给装置。合理的超精密低速直线进给装置不仅可以解决单点金刚石飞切机床在动态精度保证方面所存在的问题，相应的理论研究方法和技术手段可以为更高性能的超精密机床的研发提供基础，为形成超精密机床核心单元的动态性能分析、优化、设计的装置性方法提供可能。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种超精密低速滚珠丝杠直线进给装置。

一种超精密低速滚珠丝杠直线进给装置，包括导轨基座1，导轨基座1上设有导轨，工作台18架设在导轨上；导轨基座1的中部固定有滚珠丝杠6，所述滚珠丝杠6的固定端通过联轴器9与伺服电机10连接，浮动端通过支撑单元进行支撑；滚珠丝杠6上安装有丝杠螺母13，所述丝杠螺母13与工作台18连接；其中，

导轨基座1为U型，其一侧的上部由下至上依次设有第一侧面导轨2和第一上侧导轨4，另一侧的上部由下至上依次设有第二侧面导轨3和第二上侧导轨5，且导轨基座1的左右两侧相互平行、等高，第一侧面导轨2和第二侧面导轨3相互平行、等高，第一上侧导轨4和第二上侧导轨5相互平行、等高；导轨基座1、第一侧面导轨2和第一上侧导轨4在一侧形成U型导轨槽，导轨基座1、第二侧面导轨3和第二上侧导轨5在另一侧形成U型导轨槽，工作台18的两侧嵌入两个U型导轨槽内，从而将工作台18架设在各导轨上；

滚珠丝杠6与各导轨平行，其上安装有丝杠螺母13，所述丝杠螺母13上固定套装有丝杠螺母座14，丝杠螺母座14通过柔性铰链弹性联接机构16与工作台18连接；

所述柔性铰链弹性联接机构16包括位于内部的方形结构刚性联接内平台19和位于外部的框型结构刚性联接外平台20，所述刚性联接内平台19和刚性联接外平台20之间通过柔性铰链单元连接；丝杠螺母座14与刚性联接内平台19连接，刚性联接外平台20与工作台18连接，从而实现丝杠螺母13与工作台18之间的连接。

所述刚性联接内平台19的右侧和刚性联接外平台20的右侧之间通过第一柔性铰链单元和第二柔性铰链单元连接；所述刚性联接内平台19的下侧和刚性联接外平台20的下侧之间通过第三柔性铰链单元和第四柔性铰链单元连接；所述刚性联接内平台19的左侧和刚性联接外平台20的左侧之间通过第五柔性铰链单元和第六柔性铰链单元连接；所述刚性联接内平台19的上侧和刚性联接外平台20的上侧之间通过第七柔性铰链单元和第八柔性铰链单元连接；这些柔性铰链单元关于刚性联接内平台19的横轴成上下对称分布，并关于刚性联接内平台19的纵轴成左右对称分布。