一种高刚度高分辨率精密升降装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种高刚度高分辨率精密升降装置，属于升降装置【技术领域】。本发明的基座端面固定有X向微分头，推动X向楔块沿X向燕尾槽导轨移动，通过相对运动以及Z向的燕尾槽导轨的限制作用把X方向的运动转换为Z方向的运动，工作台面上升，装置向上对刀。X、Z方向分别有一根拉伸弹簧，连接X向楔块—基座和Z向楔块—基座。在工作台面下降过程中，微分头返程移动，与X向楔块脱离，Z向拉伸弹簧将拉动Z向楔块向下移动，X向拉伸弹簧拉动X向楔块，使其重新与微分头接触。若工作台面处于理想工作位置，Z向紧钉螺钉拧紧，通过Z向镶条锁紧燕尾槽导轨，工作台保持稳定的Z向位置，对刀工作完成。本发明主要用于超精密加工中的精确对刀。
【专利说明】一种高刚度高分辨率精密升降装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高刚度高分辨率精密升降装置，属于升降装置【技术领域】。
【背景技术】
[0002]当前随着科学技术的迅速发展，尤其是在光学与电子工程、精密工程、航天技术、生物工程、微电子系统、纳米技术等领域，人们对于精密机械和精密仪器的分辨率和精度要求越来越高，精密微位移机构作为其核心部件，它的精度极大地制约了精密机械和精密仪器的发展。例如在精密测量中，科学家为了探测材料表面的原子结构，需要对观察设备进行高分辨率的微移动操作，个别甚至达到了亚微米级精度。在超精密加工过程中，要达到形位高精度和表面质量高要求，除了对于超精密机床、刀具等加工设备以及检测仪器，加工环境的限制，在加工开始时还必须能够实现精确对刀，否则就会形成残留凸起，对加工表面造成影响。对刀装置的关键就是精密微位移机构的设计。
[0003]目前，常用的精密微位移装置主要有如下几种:
I)扭轮摩擦传动:将一般的扭擦传动方式进行改进，减小主动轮和从动杆的交角，这种机构运动分辨率高，运动平稳，无间隙和爬行，可应用于许多超精密传动领域。但由于其表面硬化材料的弹性范围变化小，所以装置安装精度要求较高，安装困难，而且安装完成后刚度不可控。
[0004]2)直线电机:直接利用直线电机作为驱动元件产生微位移，它具有任意行程，无限的位移分辨率，瞬间响应快。而且系统直接输出直线位移，不需要运动形式的转换，简化了整体结构。但直线电机成本比较高，持续工作伴随高热量，电机磁场的隔离防护存在一定问题，它的高精度要求相应的控制系统比较复杂，故其应用不是很广泛。
[0005]3)压电、电致伸缩:利用压电元件(主要是压电陶瓷)的逆压电效应或者电致伸缩材料在电场下发生变形来驱动结构进行微位移。这种装置尺寸小，分辨率高，频响快，能够达到精密位移要求。但与之配套的控制检测元件(电容传感器等)造价非常高，而且元件本身的输出力小，压电陶瓷无法承载切向力，故应用场合收到很大限制。
[0006]4)形状记忆合金:在预置的温度下，形状记忆合金具有恢复本来形状的能力，例如处在室温正常温度时，记忆合金做的悬臂梁是直的，但有可能被加热到温度T时，合金的“记忆”就会被唤醒，试图恢复到原来弯曲的形状，利用记忆合金的特殊功能，可以有效的产生微位移。
[0007]截至目前，能够输出足够动力的精密微位移装置结构都较为复杂，并涉及到辅助控制系统，成本较高。尤其在超精密机床对刀过程中，亟需一种简易、方便、易于调整、能够达到对刀精度要求并且经济成本低廉的装置。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，即截至目前，能够输出足够动力的精密微位移装置结构都较为复杂，并涉及到辅助控制系统，成本较高。进而提供一种高刚度高分辨率精密升降装置。
[0009]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种高刚度高分辨率精密升降装置，包括:z向保护盖、工作台保护盖、Z向拉伸弹簧、工作台、Z向楔块、X向楔块、基座、X向导轨、X向拉伸弹簧、微分头基座、X向保护盖、微分头、Z向导轨紧钉螺钉、Z向导轨镶条和Z向双侧燕尾槽导轨，所述基座上部的左右两侧分别设有一个Z向双侧燕尾槽导轨，Z向双侧燕尾槽导轨上设有Z向导轨镶条，X向楔块设置在两个Z向双侧燕尾槽导轨之间的基座的上部，X向楔块的上部设有Z向楔块，Z向楔块上的燕尾槽与Z向双侧燕尾槽导轨上的燕尾榫相配合，Z向拉伸弹簧的上端与Z向楔块相连接，Z向拉伸弹簧的下端与基座的后端相连接，X向拉伸弹簧的一端与X向楔块相连接，X向拉伸弹簧的另一端与基座的前部相连接，基座的前端设有微分头基座，微分头通过微分头基座与X向楔块的前端相接触，Z向双侧燕尾槽导轨外部的基座上设有Z向保护盖，Z向保护盖的上部设有工作台保护盖，工作台设置在工作台保护盖内且与Z向楔块相连接，X向楔块的下部设有X向燕尾槽且与基座上的X向导轨相配合，基座的前部设有X向保护盖，Z向导轨紧钉螺钉设置在Z向楔块上。
[0010]本发明的优点是:楔块和螺旋微位移组合机械结构，提高了位移分辨率，采用楔块-燕尾槽镶条锁紧的工作位置固定模式，增加了装置的工作刚度，选用市场上普通的50mm行程微分头，装置的位移分辨率就能够达到I μ m，满足对刀精度要求。装置结构简单，易于制造，购买部件成本也较低，通过更换拉伸弹簧能够提供不同范围的输出力，且装置封闭，避免了加工碎屑的影响，易于维护。本发明主要用于超精密加工中的精确对刀。
[0011]
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明高刚度高分辨率精密升降装置的三维结构示意图；
图2为本发明高刚度高分辨率精密升降装置的剖面结构示意图；
图3为本发明高刚度高分辨率精密升降装置的爆炸视图。
[0013]图中的附图标记1-Z向保护盖，2-工作台保护盖，3-Z向拉伸弹簧，4-工作台，5-Z向楔块，6-X向楔块，7-基座，8-X向导轨，9-X向拉伸弹簧，10-微分头基座，Il-X向保护盖，12-微分头，13-Z向导轨紧钉螺钉，14-Z向导轨镶条，15-Z向双侧燕尾槽导轨。
[0014]
【具体实施方式】
[0015]下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
[0016]如图f图3所示，本实施例所涉及的一种高刚度高分辨率精密升降装置，包括:Z向保护盖1、工作台保护盖2、z向拉伸弹簧3、工作台4、Z向楔块5、X向楔块6、基座7、X向导轨8、X向拉伸弹簧9、微分头基座10、X向保护盖11、微分头12、Z向导轨紧钉螺钉13、Z向导轨镶条14和Z向双侧燕尾槽导轨15，所述基座7上部的左右两侧分别设有一个Z向双侧燕尾槽导轨15，Z向双侧燕尾槽导轨15上设有Z向导轨镶条14，X向楔块6设置在两个Z向双侧燕尾槽导轨15之间的基座7的上部，X向楔块6的上部设有Z向楔块5，Z向楔块5上的燕尾槽与Z向双侧燕尾槽导轨15上的燕尾榫相配合，Z向拉伸弹簧3的上端与Z向楔块5相连接，Z向拉伸弹簧3的下端与基座7的后端相连接，X向拉伸弹簧9的一端与X向楔块6相连接，X向拉伸弹簧9的另一端与基座7的前部相连接，基座7的前端设有微分头基座10，微分头12通过微分头基座10与X向楔块6的前端相接触，Z向双侧燕尾槽导轨15外部的基座7上设有Z向保护盖1，Z向保护盖I的上部设有工作台保护盖2，工作台4设置在工作台保护盖2内且与Z向楔块5相连接，X向楔块6的下部设有X向燕尾槽且与基座7上的X向导轨8相配合，基座7的前部设有X向保护盖11，Z向导轨紧钉螺钉13设置在Z向楔块5上。
[0017]所述Z向楔块5和X向楔块6之间的斜面角度为4?8°。
[0018]本发明的基座上有半圆形端部长槽，通过螺栓可把基座连接在机床上，并能够调整其在机床上的位置；基座端面固定有X向微分头，推动X向楔块沿X向燕尾槽导轨移动，通过相对运动以及Z向的燕尾槽导轨的限制作用把X方向的运动转换为Z方向的运动，工作台面上升，装置向上对刀。x、z方向分别有一根拉伸弹簧，连接X向楔块一基座和Z向楔块一基座。在工作台面下降过程中，微分头返程移动，与X向楔块脱离，Z向拉伸弹簧将拉动Z向楔块向下移动，X向拉伸弹簧拉动X向楔块，使其重新与微分头接触。若工作台面处于理想工作位置，Z向紧钉螺钉拧紧，通过Z向镶条锁紧燕尾槽导轨，工作台保持稳定的Z向位置，对刀工作完成。
[0019]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，这些【具体实施方式】都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种高刚度高分辨率精密升降装置，其特征在于，包括:z向保护盖(I)、工作台保护盖(2)、Z向拉伸弹簧(3)、工作台(4)、Z向楔块(5)、X向楔块(6)、基座(7)、X向导轨(8)、X向拉伸弹簧(9)、微分头基座(10)、X向保护盖(11)、微分头(12)、Z向导轨紧钉螺钉(13)、Z向导轨镶条(14)和Z向双侧燕尾槽导轨(15)，所述基座(7)上部的左右两侧分别设有一个Z向双侧燕尾槽导轨(15)，Z向双侧燕尾槽导轨(15)上设有Z向导轨镶条(14)，X向楔块(6)设置在两个Z向双侧燕尾槽导轨(15)之间的基座(7)的上部，X向楔块(6)的上部设有Z向楔块(5)，Z向楔块(5)上的燕尾槽与Z向双侧燕尾槽导轨(15)上的燕尾榫相配合，Z向拉伸弹簧(3)的上端与Z向楔块(5)相连接，Z向拉伸弹簧(3)的下端与基座(7)的后端相连接，X向拉伸弹簧(9)的一端与X向楔块(6)相连接，X向拉伸弹簧(9)的另一端与基座(7)的前部相连接，基座(7)的前端设有微分头基座(10)，微分头(12)通过微分头基座(10)与X向楔块(6)的前端相接触，Z向双侧燕尾槽导轨(15)外部的基座(7)上设有Z向保护盖(1)，Z向保护盖(I)的上部设有工作台保护盖(2)，工作台(4)设置在工作台保护盖(2)内且与Z向楔块(5)相连接，X向楔块(6)的下部设有X向燕尾槽且与基座(7)上的X向导轨(8)相配合，基座(7)的前部设有X向保护盖(11)，Z向导轨紧钉螺钉(13)设置在Z向楔块(5)上。
2.根据权利要求1所述的高刚度高分辨率精密升降装置，其特征在于，所述Z向楔块(5)和X向楔块(6)之间的斜面角度为4?8°。
【文档编号】B23Q1/26GK103551864SQ201310536636
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月4日 优先权日:2013年11月4日
【发明者】张俊杰, 李增强, 赵明辉, 赵佩杰, 孙涛 申请人:哈尔滨工业大学