長環形直線行波超聲電機精密進給裝置的製作方法
2023-06-10 16:38:46
專利名稱：長環形直線行波超聲電機精密進給裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於一種超聲頻壓電驅動裝置，特別涉及一種長環形直線行波超聲電機精密進給裝置。
背景技術：
隨著現代製造技術的發展以及工業裝備自動化程度的提高，超精密加工成為製造業中的前沿科學，受到人們的關注。高精度微量進給裝置現在已成為超精工具機的一個重要的關鍵裝置。
長期以來，工具機的進給系統主要是「旋轉伺服電動機+滾珠絲槓」，這種進給系統由於從電動機主軸到工作檯之間存在聯軸節、絲槓、螺母、軸承、支架等一系列中間環節，當進給部件要完成啟動、加減速、反轉、停車等動作時，這些機械元件產生的彈性變形、摩擦、反向間隙等，都會造成進給運動的滯後和其它許多非線性誤差，同時，這些中間環節也加大了系統的慣性質量，影響了對運動指令的快速響應。另外，絲槓是細長杆，在力和熱的作用下，會產生變形，影響加工精度。因此，傳統的工具機進給系統已經不能適應現代工業裝備的要求。
直線超聲電機是利用壓電元件激勵出振子超聲頻域共振，藉助摩擦力來驅動移動體，是近年來出現的一種全新原理的新型直線電機。相對傳統電磁式直線電機，它具有功率密度大、無電磁幹擾、低速大扭矩、運行無噪聲、起動停止響應快、可直接驅動、斷電自鎖等卓越優點，較好地彌補了電磁電機的不足，為直線電機在工具機進給系統中應用帶來了更加廣闊的應用前景。
現有的超聲電機精密進給裝置由底座、環形直線行波超聲電機振子及移動架等構成，如圖11所示。超聲電機振子由壓電陶瓷片和金屬彈性體構成，金屬彈性體由兩個直梁段和兩個半圓環封閉而成，壓電陶瓷片有若干個，粘接在一個直梁段的內側，另一個直梁段的內外側表面上則設置有若干個齒，超聲電機振子固定在底座上，移動架安裝在超聲電機振子帶齒的直梁段上，由超聲電機振子驅動移動架做直線運動。這種超聲電機精密進給裝置由於其超聲電機振子的金屬彈性體在結構上不對稱，因而同一頻率下的兩正交模態就很難實現，從而不易獲得較純的行波，而形成良好的行波是該超聲電機的技術關鍵。另外，該超聲電機振子的金屬彈性體只有一個直梁段有齒，另一個直梁段只能作為固定端使用，兩個直梁段不能相互替換使用，帶齒的直梁段一旦磨損，超聲電機振子只能報廢，固其使用壽命較短。此外，該超聲電機振子的設計及裝配方式也比較受限制。
發明內容
本實用新型要解決的技術問題是，克服現有超聲電機精密進給裝置存在的難以實現同一頻率下的兩正交模態及壽命問題，提供一種壽命長、便於設計和製造、易於實現同一頻率下的兩正交模態的長環形直線行波超聲電機精密進給裝置。
本實用新型包括底座、長環形超聲電機振子、動子及工作檯，工作檯與動子固定在一起，長環形超聲電機振子固定在底座上作為定子，並與動子相接觸，所述的長環形超聲電機振子由金屬彈性體和壓電陶瓷片構成，其特殊之處是，在金屬彈性體的兩個直梁段的外側對稱設置有若干個齒，壓電陶瓷片為兩片，每片採用多極化分區，對稱粘貼在兩個直梁段內側，在底座上還有與動子運動方向相同的直線導軌，在工作檯上有與直線導軌相配的滑座，利用長環形超聲電機振子驅動動子及工作檯作直線運動，從而實現微量、精密輸送或進給的目的。
所述的長環形超聲電機振子通過移動電機座固定在底座上，在底座上還裝有預壓力調整裝置，以調整長環形超聲電機振子與動子之間預壓力。
所述的長環形超聲電機振子沿移動方向為一個或並行設置多個，驅動工作檯做直線運動。
所述的長環形超聲電機振子在圓弧部或者直梁部與機座固定在一起。
本實用新型與現有技術相比具有如下優點1、易於實現同一頻率下兩正交模態，由於金屬彈性體結構對稱，且壓電陶瓷片對稱粘貼，使其振子結構保持對稱，從而易於找到同一頻率下的兩正交模態，確保形成良好的行波，並把單片陶瓷片分割為多個極化區，極化方向交替變化的結構形式，有益於設計，便於採用直接優化設計方法，由於其振子結構的對稱性，在有限元分析的優化設計時，可以將壓電陶瓷片的最佳布置位置與振子彈性體幾何參數的優化一次納入振子優化過程的直接優化方法，對該振子振動模態進行優化設計，提高效率。
2、進給速度易於調整，調節激勵的頻率或電壓幅值即可精確的控制運動速度。
3、應用範圍寬，尤其適合於精密驅動，並易於實現驅動系統的微型化、自動化、集成化。
4、結構形式多樣化，使用壽命長。
圖1是本實用新型的結構示意圖；圖2是圖1的左視圖；圖3、圖5是本發明其他實施方案的結構示意圖；圖4是圖3的左視圖；圖6是圖5的左視圖；圖7、圖9是本實用新型長環形超聲電機振子的結構示意圖；圖8是圖7的A-A剖視圖；圖10是圖9的E-E剖視圖；圖11是現有超聲電機精密進給裝置的結構示意圖。
具體實施方式
實施例1如圖1和圖2所示，本實用新型包括底座1、長環形超聲電機振子6、動子4及工作檯3，工作檯3通過銷釘或螺釘與動子4固定在一起；本實施例採用一個長環形超聲電機振子6，長環形超聲電機振子6固定在底座1上作為定子，並與動子4相接觸；所述的長環形超聲電機振子6通過移動電機座5固定在底座1上，以調整長環形超聲電機振子6的位置；在長環形超聲電機振子6的圓弧部兩側有側固定翼12，側固定翼12用螺栓或粘接的方式與移動電機座5相連接；在底座1上還裝有預壓力調整裝置7，預壓力調整裝置7由支架和調整螺栓構成，旋轉調整螺栓可以對長環形超聲電機振子6的位置進行微調，以調整長環形超聲電機振子6與動子4之間預壓力；所述的長環形超聲電機振子6由金屬彈性體9和壓電陶瓷片11構成，如圖7和圖8所示，在金屬彈性體9的兩個直梁段的外側對稱設置有若干個齒10，其整體結構保持對稱；所述的壓電陶瓷片11為二片，壓電陶瓷片11用粘貼的方式與金屬彈性體9粘接在一起，壓電陶瓷片11對稱粘貼在金屬彈性體9的兩個直梁段的內側，壓電陶瓷片11每片採用多極化分區，即在一個壓電陶瓷片11上分為多個極化方向交錯的極化區，或者採用多個陶瓷片構成多片多極化分區，並與時間相位差90°的高頻交變驅動電壓相連接，驅動電壓的頻率為20kHz-100kHz；在底座1上還有兩個與動子4運動方向相同的直線導軌2，在工作檯3上有與直線導軌2相配的滑座8，滑座8與直線導軌2相配合，確保工作檯3在底座1上沿動子4的運動方向運動，利用長環形超聲電機振子6作為定子驅動動子4及工作檯3作直線運動，從而實現微量、精密輸送或進給的目的。
實施例2如圖3和圖4所示，其結構如實施例1，不同之處在於，所述的長環形壓電振子6為沿工作檯3移動方向並行設置兩個，採用雙振子驅動一個動子4的結構形式，以提高工作檯3的負載能力，壓電陶瓷片11的設置與實施例1相同。
實施例3如圖5和圖6所示，其結構如實施例2，不同之處在於，在長環形超聲電機振子13的直梁段兩側有側固定翼14，如圖9和圖10所示，側固定翼14用螺栓或粘接的方式與移動電機座5相連接，將長環形壓電振子13固定在移動電機座5上，壓電陶瓷片11的設置與實施例1相同。
權利要求1.一種長環形直線行波超聲電機精密進給裝置，包括底座、長環形超聲電機振子、動子及工作檯，工作檯與動子固定在一起，長環形超聲電機振子固定在底座上作為定子，並與動子相接觸，所述的長環形超聲電機振子由金屬彈性體和壓電陶瓷片構成，其特徵在於，在金屬彈性體的兩個直梁段的外側對稱設置有若干個齒，壓電陶瓷片為兩片，每片採用多極化分區，對稱粘貼在兩個直梁段內側，在底座上還有與動子運動方向相同的直線導軌，在工作檯上有與直線導軌相配的滑座。
2.根據權利要求1所述的長環形直線行波超聲電機精密進給裝置，其特徵在於，所述的長環形超聲電機振子通過移動電機座固定在底座上，在底座上還裝有預壓力調整裝置。
3.根據權利要求1所述的長環形直線行波超聲電機精密進給裝置，其特徵在於，所述的長環形超聲電機振子沿移動方向為一個或並行設置多個。
4.根據權利要求1所述的長環形直線行波超聲電機精密進給裝置，其特徵在於，所述的長環形超聲電機振子在圓弧部或者直梁部與機座固定在一起。
專利摘要一種長環形直線行波超聲電機精密進給裝置，解決了現有超聲電機精密進給裝置存在的難以實現同一頻率下的兩正交模態及壽命問題；本實用新型包括底座、長環形超聲電機振子、動子及工作檯，工作檯與動子固定在一起，長環形超聲電機振子固定在底座上作為定子，並與動子相接觸，所述的長環形超聲電機振子由金屬彈性體和壓電陶瓷片構成，其特殊之處是，在金屬彈性體的兩個直梁段的外側對稱設置有若干個齒，壓電陶瓷片為兩片，每片採用多極化分區，對稱粘貼在兩個直梁段內側，在底座上還有與動子運動方向相同的直線導軌，在工作檯上有與直線導軌相配的滑座；本實用新型易於實現同一頻率下兩正交模態，進給速度易於調整，適合於精密驅動，使用壽命長。
文檔編號B23Q5/22GK2784129SQ20052008974
公開日2006年5月31日 申請日期2005年3月15日 優先權日2005年3月15日
發明者王宏祥, 何勍 申請人:遼寧工學院