CN108167329A - 基于循环滚动体阵列排布与弧面夹持定位的精密仪器导轨*** - Google Patents

基于循环滚动体阵列排布与弧面夹持定位的精密仪器导轨*** Download PDF

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Abstract

基于循环滚动体阵列排布与弧面夹持定位的精密仪器导轨***属于精密仪器及机械技术领域；导轨部件具有四个工作面，每个工作面的中间区域为凹槽结构，在每个工作面上对称配置有两个等高共平面的凸台工作带，导轨架部件由四个支承导向板构成，每个支承导向板上配置有滚动体组，包括呈三角形排布的三个滚动单元阵列，且每个滚动单元阵列均由数个滚动体密布构成；传感器夹持锁紧部件包括夹持基体、夹持运动体和夹持进给机构，夹持基体上设置有长条形圆弧孔、螺纹孔和圆弧凹槽，夹持运动体在夹持进给机构的作用下在长条形圆弧孔内运动，实现对传感器的锁紧和释放；本发明建立了一种兼有高精度高刚度和夹持锁紧特性的精密仪器导轨***。

Description

基于循环滚动体阵列排布与弧面夹持定位的精密仪器导轨 ***
技术领域
本发明属于精密仪器及机械技术领域，特别涉及一种基于循环滚动体阵列排布与弧面夹持定位的精密仪器导轨***。
背景技术
在精密测量领域中，直线运动导向和定位精度作为测量仪器及***重要的性能之一，对测量结果的可靠性和精度有着十分大的影响，直线运动导轨作为精密测量仪器中的重要组成部分，直接影响和制约仪器的综合性能。
2011年，中国计量学院对共轴双驱型导轨精密定位与同步性进行研究，共轴双驱型导轨是针对一种特定的测量***所采用的结构，由气浮润滑和直线电机相结合的形式，具备零摩擦和零传动的优点。(左培良，李东升，高思田，卢明臻.共轴双驱型导轨精密定位与同步性的研究[J].传感器与微***.2011，30(3):16-18)
2016年，刘梅等人对定位运动平台气浮导轨进行设计，采用闭式静压导轨结构，采用有限元法来计算气浮导轨的性能，对导轨进行优化。(刘梅，钟黔.定位运动平台气浮导轨设计[J].机械设计与制造工程.2016，45(7):65-69)
专利CN200910243655.0“一种真空负压的气体静压超精密导轨”提出了一种气体静压超精密导轨，导轨通过导轨垫固定在基座上表面上；滑块环抱在导轨上，导轨的两侧面与滑块的内侧面间存在压缩气体气膜间隙，形成静压气浮状态；滑块的下底面上有压缩气体气流小孔和真空腔，滑块内有真空吸附气流孔。
专利CN201710014225.6“竖直方向使用的直驱精密气体静压导轨副”提出了一种竖直方向使用的直驱精密气体静压导轨副，采用其中的四个面作为气体静压支承面，另外两个对称的侧壁面分别安装直线电机，实现导轨副支承和驱动的对称布局采用多孔质节流器保证导轨副的支承刚性。
综合分析现有技术存在的共同问题是导轨的刚度较低，支承面的支撑力无法调节，对导轨上的传感器的装夹方式也多为顶丝或铰链结构，存在锁紧不牢靠或锁紧机构过于复杂等问题。
发明内容
本发明的目的就是针对上述现有技术存在的问题，提出基于循环滚动体阵列排布与弧面夹持定位的精密仪器导轨***，驱动部件带动导轨部件在导轨架部件内沿X轴方向前后运动，传感器夹持锁紧部件用于锁紧定位传感器，以达到高精度运动和锁紧定位的要求。
上述目的通过以下的技术方案实现：
一种基于循环滚动体阵列排布与弧面夹持定位的精密仪器导轨***，该***包括导轨部件、导轨架部件、驱动部件、位置检测部件和传感器夹持锁紧部件，驱动部件带动导轨部件在导轨架部件内沿X轴方向前后运动，传感器夹持锁紧部件用于锁紧定位传感器；
导轨部件为长方体结构，具有四个工作面，包括第一工作面、第二工作面、第三工作面和第四工作面，其中第一工作面分别与第二工作面、第三工作面相垂直，与第四工作面相平行；每个工作面的中间区域为凹槽结构，为非工作区域，在每个工作面上关于中间区域对称配置有两个等高共平面的凸台工作带D1和工作带D2，为工作区域；
导轨架部件由第一支承导向板、第二支承导向板、第三支承导向板和第四支承导向板构成，每个支承导向板上配置有滚动体组，包括第一滚动单元阵列、第二滚动单元阵列和第三滚动单元阵列，该三个滚动单元阵列呈三角形排布，且每个滚动单元阵列均由数个滚动体密布构成；
第一支承导向板上的滚动单元阵列与导轨部件的第一工作面接触配合，第二支承导向板上的滚动单元阵列与导轨部件的第二工作面接触配合，第三支承导向板上的滚动单元阵列与导轨部件的第三工作面接触配合，第四支承导向板上的滚动单元阵列与导轨部件的第四工作面接触配合；其中配置在各支承导向板上的第一滚动单元阵列均与导轨部件上对应工作面的工作带D1接触配合，第二滚动单元阵列和第三滚动单元阵列均与工作带D2接触配合；当导轨部件沿X轴方向运动时，每个滚动单元阵列的滚动体在其保持架内沿圆周方向循环滚动；
第一支承导向板上配置有支承力调节机构，用以调整第一支承导向板上的滚动单元阵列与导轨部件的第一工作面的滚动压力大小；第二支承导向板上配置有支承力调节机构，用以调整第二支承导向板上的滚动单元阵列与导轨部件的第二工作面的滚动压力大小。
传感器夹持锁紧部件包括夹持基体、夹持运动体和夹持进给机构，其中夹持基体上设置有长条形圆弧孔、螺纹孔和圆弧凹槽，夹持运动体在夹持进给机构的作用下可在长条形圆弧孔内左右运动，夹持运动体的中间位置配置有浅腔和螺纹孔，其弧形工作面用于夹持传感器；夹持进给机构配置有螺旋体A、连接杆螺旋体B和锁紧旋钮，其中螺旋体A与螺纹孔进行螺纹配合，螺旋体B与螺纹孔进行螺纹配合，当顺时针旋转锁紧旋钮时，夹持运动体与长条形圆弧孔配合固紧传感器；当逆时针旋转锁紧旋钮时，夹持运动体后退释放传感器。
各滚动单元阵列中所用的滚动体类型为滚柱、滚珠或滚针，且同一类型的滚动体的尺寸须保持一致。
螺旋体A和连接杆的直径尺寸须小于螺纹孔的直径尺寸。
本发明具有以下特点及有益效果：
1、本发明装置中采用滚动单元阵列进行导轨运动导向，该结构具有结构紧凑、位移灵敏度高、承载性能好等显著优势，特别是当导轨部件运动时各滚动体可沿保持架在圆周方向循环滚动，可避免因滚动体尺寸不一致造成导轨运动导向误差，且在导轨运动过程中摩擦阻力小，避免了传统的摩擦导轨出现的爬行现象。
2、本发明装置中传感器夹持锁紧部件中夹持基体采用弧形结构，且开设有圆弧凹槽，该结构在对传感器夹持时由传统的面接触变为线接触，定位稳定性显著提升，并通过与夹持运动体的配合使用，适用于夹持不同直径尺寸的传感器，极大提高了适用性，克服了现有传感器夹持结构仅能夹持单一试件尺寸的不足。
3、本发明装置中第一支承导向板和第二支承导向板上配有支承力调节机构，可以灵活调整滚动单元阵列与导轨部件的工作面的滚动压力大小，在调节装置运动过程中，通过调整压力的大小来调整滚动摩擦力和支承刚度，可同时兼顾高的运动精度和稳定性。
本发明装置特别适用于精密测量仪的使用，解决测量中高精度直线运动的稳定性和高导向精度兼顾的问题。
附图说明
图1为基于循环滚动体阵列排布与弧面夹持定位的精密仪器导轨***结构示意图；
图2为支承导向板及工作面结构示意图；
图3为滚动单元阵列结构示意图；
图4、图5为传感器夹持锁紧部件结构示意图；
图6为夹持基体结构示意图；
图7为夹持运动体结构示意图；
图8为夹持进给机构结构示意图。
图中：1、导轨部件；2、导轨架部件；3、驱动部件；4、位置检测部件；5、传感器夹持锁紧部件；6、传感器；7、工作带D1；8、工作带D2；9、滚动体；10、第一支承力调节机构；11、第二支承力调节机构；12、夹持基体；13、夹持运动体；14、夹持进给机构；15、圆弧孔；16、螺纹孔；17、圆弧凹槽；18、浅腔；19、螺纹孔；20、弧形工作面；21、螺旋体A；22、连接杆；23、螺旋体B；24、锁紧旋钮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。
由图1所示，基于循环滚动体阵列排布与弧面夹持定位的精密仪器导轨***包括导轨部件1、导轨架部件2、驱动部件3、位置检测部件4和传感器夹持锁紧部件5；驱动部件3带动导轨部件1在导轨架部件2内沿X轴方向前后运动，传感器夹持锁紧部件5用于锁紧定位传感器6；其中导轨部件1与导轨架部件2之间的摩擦形式为滚动摩擦。
导轨部件1为长方体结构，其横截面为矩形，具有四个工作面，如图2所示，包括第一工作面W1、第二工作面W2、第三工作面W3和第四工作面W4，其中第一工作面W1分别与第二工作面W2、第三工作面W3相垂直，与第四工作面W4相平行；每个工作面的中间区域T为凹槽结构，为非工作区域，在每个工作面上关于中间区域T对称配置有两个等高共平面的凸台工作带D1 7和工作带D2 8，为工作区域，该凸台工作台表面经过超精密加工制作。
导轨架部件2由第一支承导向板Z1、第二支承导向板Z2、第三支承导向板Z3和第四支承导向板Z4构成，每个支承导向板上配置有滚动体组，如图3所示，包括第一滚动单元阵列G1、第二滚动单元阵列G2和第三滚动单元阵列G3，该三个滚动单元阵列呈三角形排布，且每个滚动单元阵列均由数个滚动体9密布构成，三个滚动单元阵列呈直角三角形排布。在实际应用中，根据具体的情况可改变三个滚动单元阵列的排布情况，可为等边三角形或等腰三角形排布。
第一支承导向板Z1上的滚动单元阵列与导轨部件1的第一工作面W1接触配合，第二支承导向板Z2上的滚动单元阵列与导轨部件1的第二工作面W2接触配合，第三支承导向板Z3上的滚动单元阵列与导轨部件1的第三工作面W3接触配合，第四支承导向板Z4上的滚动单元阵列与导轨部件1的第四工作面W4接触配合；其中配置在各支承导向板上的第一滚动单元阵列G1均与导轨部件1上对应工作面的工作带D1 7接触配合，第二滚动单元阵列G2和第三滚动单元阵列G3均与工作带D2 8接触配合；当导轨部件1沿X轴方向运动时，每个滚动单元阵列的滚动体9在其保持架内沿圆周方向循环滚动，其优势在于可以避免由于滚动体9尺寸不一致产生的运动误差，提高导轨的运动精度。
第一支承导向板Z1上配置有支承力调节机构10，用以调整第一支承导向板Z1上的滚动单元阵列与导轨部件1的第一工作面W1的滚动压力大小；第二支承导向板Z2上配置有支承力调节机构11，用以调整第二支承导向板Z2上的滚动单元阵列与导轨部件1的第二工作面W2的滚动压力大小，以此调整导轨部件1与各滚动体9的滑动摩擦力大小以及支承刚度。
如图4-图8所示，传感器夹持锁紧部件5包括夹持基体12、夹持运动体13和夹持进给机构14，其中夹持基体12上设置有长条形圆弧孔15、螺纹孔16和圆弧凹槽17，夹持运动体13在夹持进给机构14的作用下可在长条形圆弧孔15内左右运动，夹持运动体13的中间位置配置有浅腔18和螺纹孔19，其弧形工作面20用于夹持传感器6；夹持进给机构14配置有螺旋体A 21、连接杆22、螺旋体B 23和锁紧旋钮24，其中螺旋体A 21与螺纹孔19进行螺纹配合，螺旋体B 23与螺纹孔16进行螺纹配合，当顺时针旋转锁紧旋钮24时，夹持运动体13与长条形圆弧孔15配合固紧传感器6；当逆时针旋转锁紧旋钮24时，夹持运动体13后退释放传感器6。
各滚动单元阵列中所用的滚动体9的类型为滚柱、滚珠或滚针，且同一类型的滚动体9的尺寸须保持一致；螺旋体A 21和连接杆22的直径尺寸须小于螺纹孔16的直径尺寸。

Claims (3)

1.一种基于循环滚动体阵列排布与弧面夹持定位的精密仪器导轨***，该***包括导轨部件(1)、导轨架部件(2)、驱动部件(3)、位置检测部件(4)和传感器夹持锁紧部件(5)，驱动部件(3)带动导轨部件(1)在导轨架部件(2)内沿X轴方向前后运动，传感器夹持锁紧部件(5)用于锁紧定位传感器(6)，其特征在于：
所述的导轨部件(1)为长方体结构，具有四个工作面，包括第一工作面(W1)、第二工作面(W2)、第三工作面(W3)和第四工作面(W4)，其中第一工作面(W1)分别与第二工作面(W2)、第三工作面(W3)相垂直，与第四工作面(W4)相平行；每个工作面的中间区域(T)为凹槽结构，为非工作区域，在每个工作面上关于中间区域(T)对称配置有两个等高共平面的凸台工作带D1(7)和工作带D2(8)，为工作区域；
所述的导轨架部件(2)由第一支承导向板(Z1)、第二支承导向板(Z2)、第三支承导向板(Z3)和第四支承导向板(Z4)构成，每个支承导向板上配置有滚动体组，包括第一滚动单元阵列(G1)、第二滚动单元阵列(G2)和第三滚动单元阵列(G3)，该三个滚动单元阵列呈三角形排布，且每个滚动单元阵列均由数个滚动体(9)密布构成；
第一支承导向板(Z1)上的滚动单元阵列与导轨部件(1)的第一工作面(W1)接触配合，第二支承导向板(Z2)上的滚动单元阵列与导轨部件(1)的第二工作面(W2)接触配合，第三支承导向板(Z3)上的滚动单元阵列与导轨部件(1)的第三工作面(W3)接触配合，第四支承导向板(Z4)上的滚动单元阵列与导轨部件(1)的第四工作面(W4)接触配合；其中配置在各支承导向板上的第一滚动单元阵列(G1)均与导轨部件(1)上对应工作面的工作带D1(7)接触配合，第二滚动单元阵列(G2)和第三滚动单元阵列(G3)均与工作带D2(8)接触配合；当导轨部件(1)沿X轴方向运动时，每个滚动单元阵列的滚动体(9)在其保持架内沿圆周方向循环滚动；
第一支承导向板(Z1)上配置有支承力调节机构(10)，用以调整第一支承导向板(Z1)上的滚动单元阵列与导轨部件(1)的第一工作面(W1)的滚动压力大小；第二支承导向板(Z2)上配置有支承力调节机构(11)，用以调整第二支承导向板(Z2)上的滚动单元阵列与导轨部件(1)的第二工作面(W2)的滚动压力大小；
所述的传感器夹持锁紧部件(5)包括夹持基体(12)、夹持运动体(13)和夹持进给机构(14)，其中夹持基体(12)上设置有长条形圆弧孔(15)、螺纹孔(16)和圆弧凹槽(17)，夹持运动体(13)在夹持进给机构(14)的作用下可在长条形圆弧孔(15)内左右运动，夹持运动体(13)的中间位置配置有浅腔(18)和螺纹孔(19)，其弧形工作面(20)用于夹持传感器(6)；夹持进给机构(14)配置有螺旋体A(21)、连接杆(22)、螺旋体B(23)和锁紧旋钮(24)，其中螺旋体A(21)与螺纹孔(19)进行螺纹配合，螺旋体B(23)与螺纹孔(16)进行螺纹配合，当顺时针旋转锁紧旋钮(24)时，夹持运动体(13)与长条形圆弧孔(15)配合固紧传感器(6)；当逆时针旋转锁紧旋钮(24)时，夹持运动体(13)后退释放传感器(6)。
2.根据权利要求1所述的基于循环滚动体阵列排布与弧面夹持定位的精密仪器导轨***，其特征在于：所述的各滚动单元阵列中所用的滚动体(9)的类型为滚柱、滚珠或滚针，且同一类型的滚动体(9)的尺寸须保持一致。
3.根据权利要求1所述的基于循环滚动体阵列排布与弧面夹持定位的精密仪器导轨***，其特征在于：所述的螺旋体A(21)和连接杆(22)的直径尺寸须小于螺纹孔(16)的直径尺寸。
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