蠕动式压电/电致伸缩微进给定位装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种蠕动式压电／电致伸缩微进给定位装置，该装置由主轴、伸缩致动件、箝位夹紧机构、导向固定件和预紧弹簧组成。伸缩致动件的两端与导向固定件相对固定，预紧弹簧置于导向固定件之间，导向固定件的一侧与伸缩致动件相连，另一侧与箝位夹紧机构的电磁磁路相对固定。本实用新型专利技术的定位装置在保持高位移分辨率的同时实现高精度和平稳的大行程进给定位，并且结构紧凑、控制方便，适用于微小型机械的加工、装配与操作。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种蠕动式压电/电致伸缩微进给定位装置，属精密机械及精密运动控制
在精密机械及精密运动控制
，当运动分辨率达到亚微米级甚或纳米级时，固体致动器特别是压电/电致伸缩致动器在进给定位机构或系统中凸现出优势。压电/电致伸缩致动器件由于其位移分辨率高、减少中间运动传递部件、效率高、刚度大、响应快等优点，已广泛应用于微进给定位机构或系统。压电/电致伸缩微进给定位机构或系统在精密机械工程方面，用于刀具微进给、微雕刻系统、直线位移驱动、控制射流喷嘴、微型泵等；在光学及测量技术方面，用于透镜定位调节、激光调制、光纤定位对准、自动调焦、干涉测量、全息摄影、扫描探针显微测量等；在生物医学领域，用于眼外科手术等的微操作、细胞穿刺、微剂量控制器件、听觉生理刺激等；在微电子学和计算机技术方面，用于芯片和掩膜定位对准、光刻与半导体加工检查装置、磁盘和光盘制造装置及驱动器、点阵打印机等。上述一些成功的应用利用了压电/电致伸缩致动的优点。但应用于进给定位机构或系统时，直接利用压电/电致伸缩变形有其明显的缺点，即行程小，至多数10微米。蠕动机构的专利技术问世，巧妙地克服了行程小的缺点。以美国Burleigh公司的蠕动式步进马达(inchworm motor)为例，其结构原理如图1所示。主要构件包括主轴1、轴向伸缩致动件3、以及径向箝位夹紧用压电陶瓷管2和4。当主轴1为运动部件时，致动件3、2、4的组合体相对固定；若主轴1固定，致动件3、2、4的组合体沿主轴1轴向运动。以主轴1为运动部件，箝位件2固联于基座，3、4如图示与2联接的结构为例，初始状态为2、4夹紧主轴，其运动原理如下(1)首先使箝位件2径向松开主轴1，而箝位件4此时径向收缩夹紧主轴1；(2)驱动致动件3沿轴向伸长，带动主轴1右进一步；(3)使箝位件2径向收缩夹紧主轴1，然后箝位件4径向松开；(4)使致动件3沿轴向收缩；(5)再使箝位件4径向收缩夹紧主轴1，回复到初始状态。循环步骤(1)-步骤(5)的操作，即可实现主轴1的直线步进运动。其反向运动可通过改变轴向伸缩致动件3、以及径向箝位夹紧用压电陶瓷管2和4的操作控制顺序实现。主轴1的行程仅取决于主轴1的长度。移动速度可通过改变加于轴向伸缩致动件3上的电压幅值以及控制致动件3、径向箝位夹紧件2和4的动作频率来调节。蠕动式压电直线马达的步进运动是靠箝位机构与主轴夹紧时的摩擦来传递推力实现的，箝位机构产生的夹紧力的大小，直接影响其轴向承载能力和运动稳定性。迄今，所实现的蠕动式压电直线马达多有箝位夹紧驱动电压过高、轴向刚度和输出推力较小的不足之处。箝位夹紧机构的改进设计是提高蠕动式压电直线马达性能的一有效途径。本技术的目的是设计一种提高轴向推力的蠕动式压电/电致伸缩微进给定位装置。在实现大行程、高位移分辨率的同时，通过采用电磁致动的柔性铰链构成的周向分布式杠杆箝位机构降低箝位夹紧电压和机械配合精度要求，提高箝位夹紧力，从而使蠕动式压电/电致伸缩微进给定位机构获得大的轴向输出推力。使其不仅可以用于测量等负载小的场合，亦能用于加工系统进给定位等负载较大的场合。本技术设计的蠕动式压电/电致伸缩微进给定位装置，包括主轴、伸缩致动件、箝位夹紧机构、导向固定件和预紧弹簧。伸缩致动件的两端部与导向固定件相对固定，导向固定件的内径面与主轴成滑动配合。预紧弹簧置于导向固定件之间。箝位夹紧机构由不动部分的电磁磁路和可动部分的力放大杆、弧状杆、柔性铰链和夹紧脚组成。导向固定件的一侧与伸缩致动件相连，另一侧与箝位夹紧机构的电磁磁路相对固定，导向固定件的柔性悬臂套的外径面与箝位夹紧机构可动部分的夹紧脚过盈配合。本技术的蠕动式压电/电致伸缩微进给定位装置，以圆筒状压电/电致伸缩致动件3作为轴向运动的主驱动件，以主轴1为中心轴将导向固定件6、8连接在致动件3的两端，并用弹簧9预紧。箝位夹紧机构5、7分别连接在导向固定件6、8上，其不动部分的电磁驱动磁路与导向固定件外侧面固联，沿径向可动的箝位夹紧部分与导向固定件外伸的悬臂套16过盈配合，在电磁力驱动下实现对主轴1的箝位和松位。这种结构可以有效地提高蠕动机构的刚度和轴向输出推力，在保持高位移分辨率的同时实现高精度和平稳的大行程进给定位，并且结构紧凑、控制方便，既充分利用了压电/电致伸缩件位移分辨率高、刚度大、响应快的优势，又有效结合了电磁驱动夹紧控制方便易于实现的优点。该蠕动机构特别是具有柔性悬臂套16的导向固定件6、8和由柔性铰链互联的杠杆箝位夹紧机构5、7的专利技术，有效地改进了蠕动机构的性能特别是轴向输出推力的提高。这种效果使蠕动式压电/电致伸缩微进给定位机构的应用范围大为拓宽，使其不仅可能应用于精密测量，亦可用于加工、装配等需要一定承载能力的一维或多维精密进给定位系统，特别是适用于微小型机械的加工、装配与操作等。 附图说明图1是已有技术结构示意图。图2是本技术设计的定位装置结构示意图。图3是箝位夹紧机构原理示意图。图4是导向固定件结构示意图。图5是图4的侧视图。图6是箝位夹紧机构装配示意图。图7、图8、图9是本技术设计的定位装置的三个应用实例。以下结合附图，详细介绍本技术的内容。图1-图5中，1是主轴，2和4是径向箝位夹紧用压电陶瓷管，3是轴向伸缩致动件，5和7是箝位夹紧机构，6和8是导向固定件，9是预紧弹簧。图3中，10是力放大杆，11是弧状杆，12是柔性铰链，13是夹紧脚，14是电磁磁路，图4和图5中，15是固定法兰，16是左凸起，17是柔性悬臂套。如图所示，本技术设计的蠕动式压电/电致伸缩微进给定位装置，包括主轴1、伸缩致动件3、箝位夹紧机构5和7、导向固定件6和8以及预紧弹簧9。伸缩致动件3的两端部与导向固定件相对固定，导向固定件的内径面与主轴1成滑动配合。预紧弹簧9置于导向固定件6和8之间。箝位夹紧机构5和7分别由不动部分的电磁磁路14和可动部分的力放大杆10、弧状杆11、柔性铰链12和夹紧脚13组成。导向固定件的一侧与伸缩致动件相连，另一侧与箝位夹紧机构的电磁磁路14相对固定，导向固定件的柔性悬臂套17的外径面与箝位夹紧机构可动部分的夹紧脚13过盈配合。作为主致动件用来产生轴向位移的压电/电致伸缩致动件3的两端部与导向固定件6、8固联。连接在6、8之间的三根预紧弹簧9为压电/电致伸缩致动件3提供预紧压力，以保证3只受轴向压力，防止其受拉破坏。导向固定件6、8与致动件3相连一侧的凸起用于保证圆筒状压电/电致伸缩致动件3的安装中心与主轴同轴。导向固定件6、8的另一侧面与箝位夹紧机构5、7的不动部分连接，凸出的柔性悬臂套的外径面与箝位夹紧机构5、7的可动部分过盈配合。导向固定件6、8的内径面作为导轨面与主轴1配合，主轴在其中可沿轴向相对运动。箝位夹紧机构5、7由不动和可动两部分构成。不动部分是驱动箝位夹紧机构动作的电磁磁路14，分别与导向固定件6、8外侧面连接。可动部分是由柔性铰链构成的周向分布式杠杆箝位机构，与导向固定件外凸出的柔性悬臂套的外径面过盈配合。电磁驱动箝位机构产生径向箝位和松位，从而通过悬臂套的弹性变形夹紧或松开主轴。该蠕动式压电/电致伸缩微进给定位装置的运动原理与蠕动式步进马达(inchworm motor)相同。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蠕动式压电／电致伸缩微进给定位装置，包括主轴、伸缩致动件，其特征在于还包括箝位夹紧机构、导向固定件和预紧弹簧；所述的伸缩致动件的两端部与导向固定件相对固定，导向固定件的内径面与主轴成滑动配合；预紧弹簧置于导向固定件之间；所述的箝位夹紧机构由不动部分的电磁磁路和可动部分的力放大杆、弧状杆、柔性铰链组成；导向固定件的一侧与伸缩致动件相连，另一侧与箝位夹紧机构的电磁磁路相对固定，导向固定件的柔性悬臂套的外径面与箝位夹紧机构可动部分的夹紧脚过盈配合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，胡敏，周兆英，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]