机床进给机构及其大行程纳米级分辨率运动进给驱动装置

【技术领域】

本发明涉及精密机床制造技术领域，尤其涉及控制机床中高分辨率运动系统（溜板）的大行程纳米分辨率运动进给驱动装置。

【背景技术】

纳米级分辨率运动进给驱动装置应用于机床的主要运动部件溜板中，市场上有使用压电陶瓷作为驱动系统的，也有使用精密丝杠作为驱动系统的。

使用压电陶瓷作为驱动系统的进给驱动装置是基于压电陶瓷材料的逆压电效应，通过对压电材料施加一定的电场，控制压电材料的形变，进而作为一种微驱动的方式，并控制其机械变形产生直线运动。它具有结构简单，低速、大力矩的优点。但是这种方式最明显的问题是驱动运动部件的行程非常小,不能完全满足较大尺寸工件的加工要求。

使用精密丝杠作为驱动系统的进给驱动装置，对于较大尺寸的溜板，丝杠的驱动方式会使溜板在运动方向上产生微小的摆动，并在与运动垂直方向产生波动，会影响运动的平稳性。

因此，对于较大型的机床溜板部件，如何实现高分辨率的运动，同时满足大行程以及比较平稳的运动要求，成为机床制造领域需要解决的问题。 

【发明内容】

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种机床进给机构及其大行程纳米级分辨率运动进给驱动装置，从而解决大型运动部件的高分辨率和运动平稳性的问题。

为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：一种机床进给机构，包括床身、设置在所述床身上的溜板、以及设置在所述溜板运动方向上的驱动装置，所述驱动装置安装在所述溜板的顶面，所述驱动装置包括两个安装座、两个直线电机、一个过桥板、两条高分辨率的位置反馈元件光栅、两个读数头及一个运动控制系统；所述安装座连接在所述溜板上，两个所述直线电机对称安装在两个所述安装座内侧面，所述过桥板将两个所述直线电机联结在一起，所述读数头连接在所述安装座顶面，所述读数头下方连接所述光栅；通过所述运动控制系统和所述光栅，驱动所述溜板相对所述床身做纳米分辨率的运动。

进一步地，所述直线电机与其固定的所述安装座之间放置有隔磁板。

进一步地，所述直线电机与所述过桥板之间设有冷却板。

进一步地，所述读数头通过支架连接在所述安装座。

进一步地，所述读数头配置有调整螺钉。

进一步地，所述光栅安装在光栅安装板上。

进一步地，所述溜板底面设置有多个空气静压支承垫，所述空气静压支承垫通过空气管道通向所述溜板侧面外，由压力控制阀控制。

进一步地，所述床身放置在品字排列的三个减振支撑上面。

本发明的驱动装置与现有的运动驱动系统不同，现有的系统将电机放置在溜板与床身之间，一个位置驱动。对于结构尺寸比较大的运动部件（溜板），在行走过程中，部件会在水平面发生纳米量级的摆动，运动的平稳性比较差。本驱动装置将所述直线电机置于所述溜板上方，采用对称结构的双电机驱动，使所述溜板的平稳性能大大提高，同时使用所述直线电机使传动的环节简化，提高了控制系统的精度，且通过所述运动控制系统进行指令设置，可以驱动所述溜板按照纳米分辨率的精度平稳执行运动。

为便于贵审查委员能对本发明的目的、形状、特征及其功效皆能有进一步的认识与了解，并结合实施例与附图作详细说明。 

【附图说明】

图1为本发明组合图；

图2为本发明的直线电机结构与光栅结构部分示意图；

图3为本发明的空气管路与空气静压支承垫连接通路的示意图。

具体实施方式的附图标号说明：

【具体实施方式】

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明机床进给机构及其大行程纳米级分辨率运动进给驱动装置。

请参阅图1至图3，为本发明具体实施例。机床进给机构包括包括床身1、设置在所述床身1上的溜板2、以及设置在所述溜板2运动方向上的驱动装置3，所述驱动装置3装设在所述溜板2的顶面。

所述床身1是一个支撑实体，它的上表面和侧面具有很高的平面度，材料为大理石或花岗石等高阻尼性材料，用于支撑所述溜板2在其上面运动。所述床身1放置在品字排列的三个减振支撑4上面，所述减振支撑用于隔离外部的振动干扰。

所述驱动装置3包括两个安装座30、两个直线电机31、一个过桥板、两条高分辨率的位置反馈元件光栅33、两个读数头35及一个运动控制系统36。

所述安装座30连接在所述溜板2上，两个所述直线电机31对称安装在两个所述安装座30内侧面，所述过桥板将两个所述直线电机31联结在一起，所述直线电机31与所述过桥板之间设有冷却板37。

所述读数头35下方连接有所述光栅33，所述光栅33用于检测所述溜板2的运动位置，所述光栅33通过光栅安装板34固定在所述过桥板上。所述光栅33的信号通过所述读数头35来读取。所述读数头35通过支架38固定在所述安装座30顶面，并配置有调整螺钉351，通过所述调整螺钉351以保证信号的质量。

所述溜板2底面设置有多个空气静压支承垫21，所述空气静压支承垫21通过空气管道22通向所述溜板2侧面外，由压力控制阀23控制。当压缩空气通过所述空气管道22以及压力控制阀23后，进入所述溜板2中的空气静压支承垫21，在所述空气静压支承槽21与所述床身1形成一层压缩空气薄膜，从而所述溜板2可以沿着所述床身1的上表面和侧面在几乎无阻力的状态下运动。

为了尽可能保证所述直线电机31的推力特性，将所述直线电机31与其固定的所述安装座30之间放置有隔磁板39。

所述溜板2的运动由一套纳米分辨率的所述运动控制系统36总体控制。系统发送运动指令，控制两个所述直线电机31的运动，由两个所述光栅33检测不同位置的移动信号，并将信号反馈给系统，然后驱动所述溜板2相对所述床身1做纳米分辨率的运动。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1. 将电机置于溜板上方，通过采用直线电机双驱动结构，有效地控制了大尺寸在纳米微进给过程中的摆动，提高了运动的平稳性。

2.通过采用减振支撑结构，大大降低了外部对整个装置的干扰。

3.通过采用空气静压支承结构，使运动部件（溜板）运动过程中所受的摩擦力可以忽略不计。

4. 使用直线电机使传动的环节简化，提高了控制系统的精度。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。