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大理石平台位移机构和设计

2021-03-15 17:17:24

{一}、超位移机构
超位移机构是定位系统进给元件,也是对工艺系统误差进行动态、静态补偿的关键机构。为了获得的位移分辨率,运动系统对驱动器及其相关部件均有很高要求。超进给机构一般是利用机械传动(侗服电机+滚珠丝杠)、直线电机、电磁力(音圈电机)和智能材料(压电陶瓷、电致伸缩、磁致伸缩)等实现超进给。
音圈直线电机特别适合用于短行程的闭环伺服应用。由于它体积小,特别适合用在一些狭小的空间。另外它响应速度快,本身重量小,因而可以达到很高的加速度。控制简单,无需换向装置,免维护。大理石平台可以进行的推力控制。精度可达1~5μm,加速度达20倍重力加速度。
棒型直线超声电机是一种能沿直线方向输出速度和推力的驻波超声电机。它具有输出推力大,位置分辨率高,响应迅速和宁静驱动的特点,在输送驱动、定位控制、机器人等领域具有广阔的应用前景。
棒型直线超声电机工作时,其驱动振子在压电陶瓷(PZT)的激励下作同频率的纵向盯申缩振动和横向(弯曲)振动,从而在驱动振子输出端表面的质点上合成椭圆运动。为了能够用同一激励频率激励出纵向和弯曲这两个纯模态的振动,要求振子的这2个模态频率尽量接近。这是驱动振子的结构设计中解决的频率简并问题。驱动振子与导轨周期性的接触过程中,摩擦力的作用将使驱动振子产生相对导轨的直线运动。
在相同的激励电压下,为了在驱动振子输出端获得尽可能大的位移输出,尽可能地扩大纵向振动和横向振动的振幅。这就要求我们合理地设置激励纵向振动和横向振动的压电陶瓷的安放位置。
{二}、微细切削机床的床身设计
机床的床身采用天然大理石整体加工而成,由于天然大理石硬度高、密度高,可以增加机床床身整体的阻尼系数,提高机床整体隔震性能,大理石平板避免加工过程中由外力引起机床振动的现象。同时,天然大理石材质致密、硬度高,使用磨削加工可至镜面级精度,加之经过长期的天然时效处理,其组织结构均匀,线性膨胀率极低,表面无内应力,因此特别适合加工成气体静压支承结构的长直型导轨,有利于提高导轨的精度、刚度、直线度。
机床导轨采用封闭式气体静压支承形式,其工作原理是将具有一定压力的气体,经调压阀和节流器(小孔截流原理的气孔)输送到导轨表面,再通过出气孔流出,气体流动在滑块与导轨之间形成了稳定的空气薄膜,即为承载气膜,可使导轨与滑块之间处于气体摩擦状态。气浮滑块由4块铝合金板组成形如“口”形的结构,滑块上部与载物台相连接,气浮导轨穿过口字型中部,滑块内部有可连通的气路,当外部通入高压气体,经过滑块内部气路,从滑块表面若干的微小气孔流出,可以在滑块和导轨之间形成具有一定压力和刚度的气膜,并在滑块的4个角落设置有出气口,以导轨运动时,气膜具有一定的流动性。在气膜作用下,滑块连接的载物台就可以在导轨上平稳移动。其特点是:滑块与空气膜的摩擦系数,几乎可以忽略不计,摩擦力小,滑块移动时仅需要克服其自身质量所引起的惯性力,有利于提高运动控制系统的控制精度;其承载的重量由气膜刚度决定,而气膜刚度取决于气膜的压力和气膜的面积。从图中可知,该滑块的面积较大,其承载能力远大于微细切削的载荷,可将气膜视为刚体;导轨的运动速度对气膜厚度影响很小,导轨移动直线度较高。因此,该种导轨形式适用于机床的进给运动系统上。
但是气体静压承载式导轨也存在其缺陷,如带有粘性粉尘的空气进入气孔会导致气孔堵塞的现象。因此其对环境和压缩气体的洁净度有较高要求,一般采用三级过滤的压缩空气,并减少或不使用油雾型切削液,以降低空气中粘性颗粒的数量,保持气路的通畅。滑块出气孔很小的导轨甚至需要使用无油型的空气压缩机;气浮滑块需要加工复杂通气小孔,因此只能使用加工性能较好的金属材料(如铝合金),但由于与导轨并不是一种材料,其热膨胀率不相同,加上气膜厚度较小(一般为5~15μm,气膜过大会导致气膜刚度急剧下降,承载能力降低;太小则会引起气路中产生涡流现象,引起气浮滑块的急剧振动),在气温变化时会导致滑块与导轨之间间隙发生变化,从而影响气膜的厚度。例如导轨装配时为20℃,大理石与铝合金的线膨胀系数差值约为0.8μm/℃,当室温与装配时温度差大于15℃的情况下,气膜刚度就会减少12μm,气膜刚度急剧下降。温差继续增加,甚至会发生大理石导轨与气浮滑块干涉的现象,因此,该设备的运行需要严格的环境温度控制。

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