一种高精度直线驱动器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种高精度直线驱动器，它包括电机座、连接安装在电机座后端部的步进电机和减速器，其特征在于：所述步进电机为极限环境步进电机，其输出轴径减速器和联轴器连接一根中间连接轴，中间连接轴，经一个具有丝杠螺母运动转化结构的微分头连接一个顶套。本实用新型通过PLC、单片机等对步进电机发送指定数量脉冲，控制步进电机转动角度，从而实现高精度直线运动控制。
【专利说明】一种高精度直线驱动器
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种高精度直线驱动器，尤其适用于高分辨率控制要求的狭小实 用空间，在精密加工、精密光学、生物医学工程、微机电系统等领域展现出广阔的应用前 景，并且适用于真空环境。
【背景技术】
[0002] 直线驱动器的种类繁多，应用最广泛的是直线电机。目前，有利用新型材料和压电 技术研制的直线驱动器，例如基于形状记忆合金的微型直线驱动器、电磁式直线驱动器、压 电步进直线驱动器等。但是，这些直线驱动器都很难达高精度的控制要求，虽然压电式直线 驱动器能实现较高的分辨率，但是内部结构复杂，体积大，尤其是在需要满足较大负载和狭 小安装空间要求的情况下，几乎无法实现。在许多需要高精度定位的场合，直线驱动器的不 足带来不少困难，同时也影响了实验效果和生产质量。
【发明内容】
[0003] 为了克服目前直线驱动器控制精度不够高的不足，本实用新型提供一种高精度直 线驱动器，该直线驱动器不仅能达到高精度的控制要求，并且适用于狭小空间及真空环境。 为需要高精度直线运动的各种场合提供一种新的驱动器。
[0004] 为达到上述目的，本实用新型的构思是：
[0005] 消除原理误差，实现驱动器的高精度控制，且结构精简紧凑，具备一定互换性。
[0006] 驱动器采用圆柱状结构，最大限度节省了空间，在轴线上依次排布传递运动的零 件，使得驱动器的整体结构布局更加紧凑、合理。驱动器由后端步进电机作为动力源，经过 自带减速器减速后，通过联轴器带动轴的旋转，然后利用微分头内部类似"丝杆"、"螺母"的 结构，顺利地在轴线上将旋转运动转化为需要的直线运动。在经过减速器减速和微分头改 变运动方式后，实现了高精度的直线运动。微分头极高的精度和微型滚珠导轨的导向也为 驱动器的高精度控制提供了有利保障。对于不同驱动力要求，需要更换不同型号的电机和 减速器时，只需改变电机座后端的尺寸即可，这样增强了驱动器的零部件互换性。
[0007] 根据上述实用新型构思，本实用新型采用技术如下：
[0008] 1、一种高精度直线驱动器，包括电机座、连接安装在电机座后端部的步进电机和 减速器，其特征在于：所述步进电机为极限环境步进电机，其输出轴径减速器和联轴器连接 一根中间连接轴，中间连接轴经一个具有丝杠螺母运动转化结构的微分头连接一个顶套。
[0009] 2、所述电机座为带阶梯的圆筒形体，其后端通过内六角螺钉连接带减速器的步进 电机；电机座后部内腔安装联轴器，而前部内腔安装支承中间连接轴的两个轴承，轴承由一 个端盖轴向定位，端盖通过螺钉和电机座前端固定连接。
[0010] 3、所述具有丝杆螺母运动转化结构的微分头是：一根丝杠后端内孔通过螺纹与 中间连接轴前端旋接，两者之间有弹簧垫圈实现旋紧而不松脱；所述与一个螺母旋配，螺母 通过一个连接件与一个套管固定连接，套管与一根滚珠导轨滑动套配，滚珠导轨通过一个 导轨垫固定在电机座的前端面上；所述顶套后端部内孔与丝杠前端部滑动套配，而顶套后 端与连接件固定连接。
[0011] 本实用新型与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性特点与技术进步：
[0012] 本实用新型的有益效果是能够实现高效的旋转直线运动，达到高精度直线运动控 制，结构紧凑，体积小。且本实用新型采用的步进电机具有互换性，对于不同指标要求具有 高适应性。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1是本设计实施例中驱动器结构图
[0014] 图2是本设计实施例中驱动器外观图
[0015] 图中1.顶套，2.微分头，3.端盖，4.轴承，5.联轴器，6.减速器，7.步进电机， 8.中间连接轴，9.电机座，10.导轨座，11.弹簧垫圈，12.连接件，13.滚珠导轨，14.内六角 螺钉。
【具体实施方式】
[0016] 本实用新型的优选实施例结合附图详述如下：
[0017] 实施例一：
[0018] 参见图一与图二，本高精度包括电机座（9)、连接安装在电机座（9)后端部的步进 电机（7)和减速器（6)，其特征在于：所述步进电机（7)为极限环境步进电机，其输出轴径减 速器（6)和联轴器（5)连接一根中间连接轴（8)，中间连接轴（8)经一个具有丝杠螺母运动 转化结构的微分头（2 )连接一个顶套（1)。
[0019] 实施例二：
[0020] 本实施方案与实施例一基本相同，特别之处如下：所述电机座（9)为带阶梯的圆 筒形体，其后端通过内六角螺钉（14)连接带减速器（6 )的步进电机（7 );电机座（9 )后部内 腔安装联轴器（5)，而前部内腔安装支承中间连接轴（8)的两个轴承（4)，轴承（4)由一个端 盖（3)轴向定位，端盖（3)通过螺钉和电机座（9)前端固定连接。
[0021] 所述具有丝杆螺母运动转化结构的微分头（2)是：一根丝杠（2-1)后端内孔通过 螺纹与中间连接轴（8)前端旋接，两者之间有弹簧垫圈（11)实现旋紧而不松脱；所述（2-1) 与一个螺母（2-2 )旋配，螺母（2-2 )通过一个连接件（12 )与一个套管（2-3 )固定连接，套管 (2-3)与一根滚珠导轨（13)滑动套配，滚珠导轨（13)通过一个导轨垫（10)固定在电机座 (9)的前端面上；所述顶套（1)后端部内孔与丝杠（2-1)前端部滑动套配，而顶套（1)后端 与连接件（12)固定连接。
[0022] 实施例三：
[0023] 图1所示，本高精度直线驱动器，由步进电机（7)供驱动力。通过PLC、单片机等对 步进电机发送指定数量脉冲，使步进电机转动一定角度，经过减速器（6)减速，输出到联轴 器（5)，带动连接轴（8)转动。连接轴（8)与微分头（2)螺纹杆通过螺纹连接，并由弹簧垫圈 (11)提供预紧力。滚珠导轨（13)组件中，导杆紧定在导轨座（10)上。微分头（2)外圈和 滚珠导轨（13)通过连接件（12)由紧定螺钉固连，顶套（1)则是通过螺纹连接在连接件（12) 上。由于微分头（2)螺纹杆被限制住了轴向运动，而微分头（2)外圈被限制住了周向转动， 当中间轴带动微分头（2)螺纹杆转动时，微分头（2)外圈、连接件（12)和顶套（1)则将沿轴 线移动。
[0024] 实现高精度控制的计算说明：
[0025] 根据选用的极限环境步进电机的参数，步进电机为两相混合式电机，200步/圈， 步进电机驱动器通过分频，提高电机的分辨率。配套减速器的减速比为5:1。高分辨微分 头的分度值为〇· 01mm，即〇· 5mm/圈。
[0026] 得到驱动器理论分辨率计算公式：
[0027] 360 1 0.5 5 X1CT* 0.5 ?=-X - X-jm = -jTO = -fim 200 χ η 5 360 r η
[0028] 式中n为驱动器分频数。
【权利要求】
1. 一种高精度直线驱动器，包括电机座（9)、连接安装在电机座（9)后端部的步进电机 (7)和减速器（6)，其特征在于：所述步进电机（7)为极限环境步进电机，其输出轴径减速器 (6)和联轴器（5)连接一根中间连接轴（8)，中间连接轴（8)经一个具有丝杠螺母运动转化 结构的微分头（2 )连接一个顶套（1)。
2. 根据权利要求1所述的高精度直线驱动器，其特征在于：所述电机座（9)为带阶梯的 圆筒形体，其后端通过内六角螺钉（14)连接带减速器（6)的步进电机（7);电机座（9)后部 内腔安装联轴器（5)，而前部内腔安装支承中间连接轴（8)的两个轴承（4)，轴承（4)由一个 端盖（3)轴向定位，端盖（3)通过螺钉和电机座（9)前端固定连接。
3. 根据权利要求1所述的高精度直线驱动器，其特征在于：所述具有丝杆螺母运动转 化结构的微分头（2)是：一根丝杠（2-1)后端内孔通过螺纹与中间连接轴（8)前端旋接，两 者之间有弹簧垫圈（11)实现旋紧而不松脱；所述（2-1)与一个螺母（2-2)旋配，螺母（2-2) 通过一个连接件（12)与一个套管（2-3)固定连接，套管（2-3)与一根滚珠导轨（13)滑动套 配，滚珠导轨（13)通过一个导轨垫（10)固定在电机座（9)的前端面上；所述顶套（1)后端 部内孔与丝杠（2-1)前端部滑动套配，而顶套（1)后端与连接件（12)固定连接。
【文档编号】H02K7/06GK203883609SQ201420305494
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年6月10日 优先权日:2014年6月10日
【发明者】沈林勇, 邱亚, 杨吕剑, 杜鸿宇, 朱倩 申请人:上海大学