組合驅動微位移調節裝置的製作方法
2023-09-11 01:42:10 2
專利名稱：組合驅動微位移調節裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種位移調節裝置，具體涉及一種組合驅動微位移調節裝置。
背景技術：
精密位移調節在精密機械製造、微機電系統、光學元件調整、機器人技術等領域有著廣泛的應用。機械式位移調整裝置應用廣泛，具有結構簡單、操作控制方便等優點，常見的機械式位移調整方法包括(1)雙螺紋傳動；( 差動絲杆傳動；( 多級精密齒輪傳動；(4)蝸輪蝸杆機構等。在先技術(何豫生等專利，申請號03203863. 1，申請日2003年2月《一種微位移調節裝置》)中，調節裝置由固定環、調節環與位移環組成，採用雙螺紋方式，通過兩個螺紋的螺距差實現位移的細微和精確調節。在先技術(李安虎等專利，申請號200910196308. 7，申請日2009年9月《組合式傳動可變角度位移調節裝置》)中，調節裝置採用蝸輪蝸杆機構和螺杆傳動機構的組合傳動方式實現不同的角度或位移調整。上述機構滿足了不同場合的使用要求，但是單一的機械式位移調節裝置由於存在較多的結構耦合，導致其動態性能較差、傳動不平穩、噪音較大等缺點；此外，單一的機械式位移調節設備往往不能實現精確、平穩調節，而具有精確平穩調節的設備結構複雜、造價昂貴。因此，單一的機械式位移調節裝置難以滿足複雜機構微位移的精確、平穩調節要求。單一的液壓式位移調節裝置儘管傳動平穩、操作簡單，但是由於其能量損失較大、 傳動效率較低，也難以滿足複雜機構微位移的精確調節要求。為了克服上述缺陷，本發明提出一種組合驅動微位移調節裝置，通過蝸輪蝸杆機構和絲杆螺母機構的二級減速傳動以及靜液壓減速傳動實現複雜機構微位移的精確、平穩調節要求。
發明內容
本發明的目的在於提出一種組合驅動微位移調節裝置，通過機、電、液組合驅動實現工作檯的精密、平穩位移調節。本發明提出的組合驅動微位移調節裝置，由蝸輪蝸杆傳動模塊、蝸輪軸6、旋轉軸 4、鍵5、滾動軸承21、光柵尺22、軸承擋圈20、滑塊19、殼體16、第三油缸17、液壓傳動模塊、 工作檯11以及驅動控制系統組成，其中
蝸輪軸6通過螺釘3與蝸輪蝸杆傳動模塊固定連接；旋轉軸4的一端為光杆，通過鍵5 連接蝸輪軸6，旋轉軸4的另一端為螺紋杆，與螺母18螺紋副連接，旋轉軸4位於滾動軸承 21中，滾動軸承21位於殼體16的端孔內，並用軸承擋圈20固定；螺母18底端與滑塊19剛性聯結，殼體16內底面設有導軌，滑塊19沿所述導軌做直線往復運動，螺母18右端為等效活塞，連接第三油缸17，並通過密封墊圈31密封；第三油缸17位於殼體16內，通過液壓迴路32與液壓傳動模塊的油缸連通；液壓傳動模塊的活塞連接工作檯11，實現工作檯11的微位移調節；工作檯11上裝有光柵尺22，用於測量工作檯11的實際位移量；
所述蝸輪蝸杆傳動模塊由電動機23、電機支架M、聯軸器25、蝸輪箱沈、第一向心軸承觀、第一擋圈27、第二向心軸承30、第二擋圈四、蝸輪1和蝸杆2組成，其中電動機23固定於電機支架M上，電動機23 —端連接聯軸器25，另一端連接驅動控制系統，聯軸器25連接蝸杆2 ；蝸杆2兩側分別設有第一向心軸承觀和第二向心軸承30，第一向心軸承觀和第二向心軸承30分別位於蝸輪箱沈的一對同軸孔內，並分別用第一擋圈27和第二擋圈四固定；鍋杆2和蝸輪1嚙合傳動，蝸輪1通過螺釘3固定在蝸輪軸6的中間環形面上。本發明中，所述電動機23可以採用步進電機。本發明中，所述液壓傳動模塊也可以為單個或多個液壓傳動模塊，視具體情況而定。所述液壓傳動模塊由油缸、箱體、活塞、壓縮彈簧和隔板組成；油缸布置在箱體內，並通過液壓迴路與第三油缸17相通；隔板固定在箱體內；活塞上套有壓縮彈簧，壓縮彈簧一端頂在活塞的左側端面上，另一端固定於隔板上；活塞一端接觸油缸，另一端連接工作檯11。本發明中，所述驅動控制系統由計算機35、I/O控制電路36、電動機驅動器37、信號處理與控制電路38組成，驅動控制系統可以實現開環或閉環控制，計算機35、I/O控制電路36、電動機驅動器37、電動機23和信號處理與控制電路38依次連接構成開環控制，計算機35通過I/O控制電路36控制電動機驅動器37，驅動電動機23做旋轉運動，通過蝸輪1 與蝸杆2的嚙合傳動、旋轉軸4與螺母18的螺紋傳動以及靜液壓傳動的協同作用，實現工作檯11的微位移調節。光柵尺22安裝在工作檯11上，用來測量工作檯11的實際位移調節量。為了進一步提高控制精度，計算機35、I/O控制電路36、電動機驅動器37、電動機 23、光柵尺22和信號處理與控制電路38依次連接，使驅動控制系統構成閉環系統，光柵尺 22所測出的位移量經過信號處理與控制電路38反饋給計算機35，與理論量進行比較得出誤差值，閉環實現對電動機23的旋轉角度的實時修正，從而實現工作檯11的精密微位移調節。本發明的技術效果
1.蝸輪蝸杆機構和絲杆螺母機構的二級減速傳動，實現工作檯的位移精密調節。本發明中通過蝸輪1與蝸杆2的嚙合傳動、旋轉軸4與螺母18的螺紋傳動的協同作用，實現工作檯11的位移精密調節。其中蝸輪1與蝸杆2的嚙合傳動既可以實現較大傳動比的減速傳動，也能實現裝置的自鎖效果；通過滑塊19的牽引作用，旋轉軸4與螺母 18的螺紋傳動可以實現螺母19的直線往復運動。2.靜液壓減速傳動，實現工作檯的位移平穩、精密調節。本發明中螺母18接觸第三油缸17，第三油缸17通過液壓迴路32分別與兩個液壓傳動模塊的油缸連通，兩個液壓傳動模塊的活塞分別連接工作檯11。通過靜液壓傳動，螺母18的直線運動傳遞給兩個液壓模塊的活塞，推動工作檯11進行微位移調整。靜液壓傳動依靠油液的連續流動而進行傳動，油液具有吸振能力，傳動十分平穩，可以實現工作檯11 的平穩位移調節。同時通過改變第三油缸17與第一油缸33 (或第二油缸34)的直徑比，可以實現靜液壓傳動的減速比調節。3.活塞軸向運動的消隙處理
分別在第一活塞8和第二活塞12上套有第一壓縮彈簧9和第二壓縮彈簧14，通過實施
4一定的預緊力可以實現第一活塞8、第二活塞9始終與第一油缸33、第二油缸34的液壓油始終接觸，保證工作檯11的調節精度。4.本發明驅動控制系統可以實行開環或閉環控制。光柵尺22安裝在工作檯11上，用來測量工作檯11的實際位移量。光柵尺11所測出的實際位移量既可以直接輸出，實行開環控制，也可以經過信號處理與控制電路38反饋給計算機35，與理論量進行比較得出誤差值，閉環實現對電動機23的旋轉角度的實時修正，從而實現工作檯11的精密微位移調整。 5.本裝置可以實現對單個或多個工作檯的精密位移調整
本發明中，液壓傳動模塊可以為單個、兩個或多個，一個工作檯的位移調整可以使用單個或多個液壓傳動模塊，因此本裝置可以實現對單個或多個工作檯的精密位移調整。本發明的技術優點
相對於在先技術，本發明中通過使用蝸輪蝸杆機構和絲杆螺母機構的二級減速傳動， 減速比大，可實現工作檯的精密位移調節；本發明中靜液壓傳動依靠油液的連續流動而進行傳動，油液具有吸振能力，傳動十分平穩，可實現位移的平穩調節；同時通過改變第三油缸與第一油缸的直徑比，可以實現靜液壓傳動的減速比調節；本發明通過壓縮彈簧來保證活塞與油缸始終接觸，提高了裝置的調節精度；本發明中蝸輪蝸杆機構可以實現裝置的自鎖。本發明可以實現對單個或多個工作檯的精密位移調整，以滿足複雜機構的不同調節控制要求；此外，通過改變不同液壓模塊的油缸內腔直徑，本發明也可以實現對工作檯的多維角度調節。
圖1為本發明實施例1組合驅動微位移調節裝置的總體結構剖視圖。圖2為本發明中蝸輪蝸杆傳動模塊的局部視圖。圖3為驅動控制系統開環控制流程圖。圖4為驅動控制系統閉環控制流程圖。圖中標號1為蝸輪，2為蝸杆，3為螺釘，4為旋轉軸，5為鍵，6為蝸輪軸，7為第一箱體，8為第一活塞，9為第一壓縮彈簧，10為第一隔板，11為工作檯，12為第二活塞，13為第二隔板，14為第二壓縮彈簧，15為第二箱體，16為殼體，17為第三油缸，18為螺母，19為滑塊，20為軸承擋圈，21為滾動軸承，22為光柵尺，23為電動機，24為電機支架，25為聯軸器，26為渦輪箱，27為第一擋圈，觀為第一向心軸承，29為第二擋圈，30為第二向心軸承，31 為密封墊圈，32為液壓迴路，33為第一油缸，34為第二油缸，35為計算機，36為I/O控制電路，37為電動機驅動器，38為信號處理與控制電路。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明組合驅動微位移調節裝置做進一步說明，但不應該以此限制本發明的保護範圍。先參閱圖1-圖2所示。圖1為本發明組合驅動微位移調節裝置的總體結構剖視圖。圖2為本發明中蝸輪蝸杆傳動模塊的局部視圖。由圖1-圖2可見，本發明組合驅動微位移調節裝置包括蝸輪蝸杆傳動模塊、蝸輪軸6、旋轉軸4、螺釘3、鍵5、滾動軸承21、光柵尺22、軸承擋圈20、螺母18、滑塊19、殼體16、第三油缸17、兩個液壓傳動模塊和工作檯11。 其中
蝸輪軸6通過螺釘3與蝸輪蝸杆傳動模塊固定連接；旋轉軸4的一端為光杆，通過鍵 5連接蝸輪軸6，旋轉軸4的另一端為螺紋杆，與螺母18螺紋副連接，旋轉軸4位於滾動軸承21中，滾動軸承21位於殼體16端孔內，並用軸承擋圈20軸向固定；螺母18底端與滑塊 19剛性聯結在一起，沿著殼體16底面的導軌做直線往復運動，螺母18右端為等效活塞，連接第三油缸17，並使用密封墊圈31密封；第三油缸17位於殼體16內，通過液壓迴路32分別與兩個液壓傳動模塊的油缸連通；兩個液壓傳動模塊的活塞分別連接工作檯11，實現工作檯11的精密位移調節；工作檯11上裝有光柵尺22，用於測量工作檯11的實際調節位移量；
所述的蝸輪蝸杆傳動模塊由電動機23、電機支架24、聯軸器25、蝸輪箱沈、第一向心軸承觀、第一擋圈27、第二向心軸承30、第二擋圈四、蝸輪1和蝸杆2組成，其中電動機23 由電機支架M固定，電動機23連接聯軸器25，聯軸器25連接蝸杆2 ；蝸杆2兩側分別位於第一向心軸承28和第二向心軸承30中，第一向心軸承28和第二向心軸承30中分別位於蝸輪箱26的一對同軸孔內，並分別用第一擋圈27和第二擋圈四固定；蝸杆2和蝸輪1嚙合傳動，蝸輪1通過螺釘3固定在蝸輪軸6的中間環形面上；
本實施例中，所述的兩個液壓傳動模塊分別為第一液壓傳動模塊和第二液壓傳動模塊，其中
所述的第一液壓傳動模塊由第一油缸33、第一箱體7、第一活塞8、第一壓縮彈簧9和第一隔板10組成；其中第一油缸33布置在第一箱體7內，並通過液壓迴路32與第三油缸17相通；第一隔板10固定在第一箱體7內；第一活塞8上套有第一壓縮彈簧9，第一壓縮彈簧9 一端頂在第一活塞8的左側端面上，另一端固定於第一隔板10上；第一活塞8 一端接觸第一油缸33，另一端連接工作檯11。所述的第二液壓傳動模塊由第二油缸34、第二箱體15、第二活塞12、第二壓縮彈簧14和第二隔板13組成；其中第二油缸34布置在第二箱體15內，並通過液壓迴路32與第三油缸17相通；第二隔板13固定在第二箱體15內；第二活塞12上套有第二壓縮彈簧 14，第二壓縮彈簧14 一端頂在第二活塞12的左側端面上，另一端固定於第二隔板13上；第二活塞12—端接觸第二油缸34，另一端連接工作檯11。所述電動機23採用步進電機。根據圖1-圖2所示，本實施實例工作檯位移調節過程為
當電動機23正轉時，受蝸輪1與蝸杆2的嚙合傳動、旋轉軸4與螺母18的螺紋傳動以及滑塊19的牽引作用，實現螺母18向右做直線運動，油缸的體積減小、壓力增大，第一壓縮彈簧9和第二彈簧14分別推動第一活塞8、第二活塞12向右做直線運動，實現工作檯11的向右微位移調節；當電動機23反轉時，通過蝸輪1與蝸杆2的嚙合傳動、滑塊19的牽引作用以及旋轉軸4與螺母18的螺紋傳動，實現螺母19向左做直線運動，油缸的體積增大、壓力減小，第一壓縮彈簧9和第二壓縮彈簧14分別推動第一活塞8、第二活塞12向左做直線運動，實現工作檯11的向左微位移調節。圖3為運動的開環控制系統。圖4為運動的閉環控制系統。如圖3所示，計算機35通過I/O控制電路36控制電動機驅動器37，驅動電動機23做旋轉運動，通過蝸輪蝸杆嚙合傳動、旋轉軸與螺母的螺紋傳動以及液壓傳動的協同作用， 實現工作檯11的位移調整。光柵尺22安裝在工作檯11上，用來測量工作檯11的實際位
移量；
為了進一步提高控制精度，控制系統也可構成閉環系統光柵尺22所測出的位移量經過信號處理與控制電路38反饋給計算機35，與理論量進行比較得出誤差值，閉環實現對電動機23的旋轉角度的實時修正，從而精密控制工作檯11的位移調節。
本發明中實現的調整量可以計算如下
P
s = ■
360 . 0
-XMXl x2x
δ
''.D,、2
\Α./
式中s為螺杆的軸向位移解析度(μ m); P為螺杆的導程(mm); i為蝸輪蝸杆傳動比； δ為電動機距角(度)； η為電機驅動細分數； D1為螺母右端等效活塞直徑； D2為第一油缸(第二油缸)內腔直徑； 取蝸輪蝸杆傳動比為50，旋轉軸的螺杆導程為2mm，電機步距角為1. 8°，電機驅動細分數為4，螺母右端等效活塞直徑為50mm，油缸內腔直徑為60mm，則可以得到計算結果如下
—P_2
360 .…ο
『■ UUU X 趕入 2 X X δ
f η、2 3'ω ……廣60、2
D,
kA/
:17. 納
-χ4χ50χ2χ
1.8\50J
考慮實際製造、裝配等誤差因素，本裝置可以滿足亞微米量級的調節解析度要求。
權利要求
1.一種組合驅動微位移調節裝置，由蝸輪蝸杆傳動模塊、蝸輪軸(6)、旋轉軸、鍵 (5)、滾動軸承(21)、光柵尺(22)、軸承擋圈(20)、滑塊(19)、殼體(16)、第三油缸(17)、液壓傳動模塊、工作檯(11)以及驅動控制系統組成，其特徵在於蝸輪軸(6)通過螺釘( 與蝸輪蝸杆傳動模塊固定連接；旋轉軸(4)的一端為光杆，通過鍵(5)連接蝸輪軸(6)，旋轉軸(4)的另一端為螺紋杆，與螺母(18)螺紋副連接，旋轉軸 (4)位於滾動軸承中，滾動軸承位於殼體(16)的端孔內，並用軸承擋圈OO)固定；螺母(18)底端與滑塊(19)剛性聯結，殼體(16)內底面設有導軌，滑塊(19)沿所述導軌做直線往復運動，螺母(18)右端為等效活塞，連接第三油缸(17)，並通過密封墊圈(31) 密封；第三油缸(17)位於殼體(16)內，通過液壓迴路(3 與液壓傳動模塊的油缸連通；液壓傳動模塊的活塞連接工作檯(11)，實現工作檯(11)的微位移調節；工作檯(11)上裝有光柵尺(22)，用於測量工作檯(11)的實際位移量；所述蝸輪蝸杆傳動模塊由電動機、電機支架04)、聯軸器0 、蝸輪箱06)、第一向心軸承( )、第一擋圈(27)、第二向心軸承(30)、第二擋圈( )、蝸輪(1)和蝸杆(2)組成，其中電動機固定於電機支架04)上，電動機—端連接聯軸器(25)，另一端連接驅動控制系統，聯軸器05)連接蝸杆(2)；鍋杆(2)兩側分別設有第一向心軸承08) 和第二向心軸承(30)，第一向心軸承08)和第二向心軸承(30)分別位於蝸輪箱06)的一對同軸孔內，並分別用第一擋圈(XT)和第二擋圈09)固定；蝸杆( 和蝸輪(1)嚙合傳動，蝸輪(1)通過螺釘(3)固定在蝸輪軸(6)的中間環形面上。
2.根據權利要求1所述的組合驅動微位移調節裝置，其特徵在於所述電動機採用步進電機。
3.根據權利要求1所述的組合驅動微位移調節裝置，其特徵在於所述液壓傳動模塊為單個或多個液壓傳動模塊，所述液壓傳動模塊由油缸、箱體、活塞、壓縮彈簧和隔板組成； 油缸布置在箱體內，並通過液壓迴路與第三油缸(17)相通；隔板固定在箱體內；活塞上套有壓縮彈簧，壓縮彈簧一端頂在活塞的左側端面上，另一端固定於隔板上；活塞一端接觸油缸，另一端連接工作檯(11)。
4.根據權利要求1所述的組合驅動微位移調節裝置，其特徵在於所述驅動控制系統由計算機(3幻、1/0控制電路(36)、電動機驅動器(37)、信號處理與控制電路(38)組成，計算機(35)、I/O控制電路(36)、電動機驅動器(37)、電動機(23)和信號處理與控制電路(38) 依次連接構成開環控制；或者計算機(3 、I/O控制電路(36)、電動機驅動器(37)、電動機(23)、光柵尺0 和信號處理與控制電路(38)依次連接，使驅動控制系統構成閉環系統。
全文摘要
本發明涉及一種組合驅動微位移調節裝置，由蝸輪蝸杆傳動模塊、蝸輪軸、旋轉軸、鍵、滾動軸承、光柵尺、軸承擋圈、滑塊、殼體、第三油缸、液壓傳動模塊、工作檯以及驅動控制系統組成，蝸輪軸通過螺釘與蝸輪蝸杆傳動模塊固定連接；旋轉軸一端連接蝸輪軸，另一端與螺母螺紋副連接，旋轉軸位於滾動軸承中，螺母底端與滑塊剛性聯結，滑塊沿所述導軌做直線往復運動，螺母右端為等效活塞，連接第三油缸；第三油缸位於殼體內，通過液壓迴路與液壓傳動模塊的油缸連通；液壓傳動模塊的活塞連接工作檯；工作檯上裝有光柵尺；所述蝸輪蝸杆傳動模塊由電動機、電機支架、聯軸器、蝸輪箱、第一向心軸承、第一擋圈、第二向心軸承、第二擋圈、蝸輪和蝸杆組成。本發明可實現工作檯的精密位移調節，實現位移的平穩調節，實現靜液壓傳動的減速比調節。
文檔編號G05D3/00GK102411372SQ20111034063
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月2日 優先權日2011年11月2日
發明者卞永明, 姜旭春, 張氫, 李安虎, 李志忠 申請人:同濟大學