CN109014993A - 一种内嵌式快刀伺服装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种内嵌式快刀伺服装置，包括气浮装置和电机，所述气浮装置包括壳体，壳体内设有气浮轴壳和气浮块，气浮块设置在气浮轴壳外部，气浮轴壳内设有电机，电机包括动子和定子，定子设置在动子内部，动子通过动子连接件分别与气浮轴壳和刀柄连接件相连接，刀柄连接件与刀柄相连接；所述壳体外部设置有气管接头，气管接头与气浮块相连通。本发明加工难度小，整体结构紧凑，体积小，大大提高了适用性，通过气浮轴壳对电机调整导向的作用，同时避免了电机运转时的径向运动，提高运动部分的精度，进而提高了被加工工件表面质量。

Description

一种内嵌式快刀伺服装置

技术领域

本发明涉及精密、超精密机床加工的技术领域，尤其涉及一种内嵌式快刀伺服装置。

背景技术

精密和超精密加工技术已广泛应用于激光聚变、航空航天、光学、仪表等多个领域，并直接影响到高精尖技术的发展，特别是一些特殊结构的加工，高精度陀螺仪、激光反射镜、微透镜阵列和仿生复眼等光学元件等加工都需要超精密快刀伺服加工技术来完成。快刀伺服装置是精密和超精密曲面和微结构表面加工的关键技术之一，并成为超精密机床的关键部件之一，其具有高频响、高精度等特性，因此快刀伺服装置得到广泛应用，实现高精度的加工表面和轮廓精度，提升工业和高精尖领域制造水平。现有精密、超精密加工设备对微阵列和自由曲面的加工主要采用快刀伺服装置为压电陶瓷和柔性铰链形式，也有音圈电机结构形式，但行程不大，结构复杂，刚度不够。现有的快刀伺服装置尺寸较大，而对于超精密加工而言尺寸小，重量轻是重要特征之一。

发明内容

针对传统快刀伺服装置结构复杂，刚度不够，尺寸较大的缺陷，本发明提出了一种内嵌式快刀伺服装置。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样实现的：

一种内嵌式快刀伺服装置，包括气浮装置和电机，所述气浮装置包括壳体，壳体内设有气浮轴壳和气浮块，气浮块设置在气浮轴壳外部，气浮轴壳内设有电机，电机包括动子和定子，定子设置在动子内部，动子通过动子连接件分别与气浮轴壳和刀柄连接件相连接，刀柄连接件与刀柄相连接；所述壳体外部设置有气管接头，气管接头与气浮块相连通。

进一步地，所述壳体包括底板、顶板、左侧板和右侧板，底板上分别固定有左侧板和右侧板，左侧板和右侧板上部均与顶板固定连接。

进一步地，所述气浮块包括上气浮块、下气浮块、左气浮块和右气浮块，上气浮块嵌入在顶板内，下气浮块嵌入在底板内，左气浮块嵌入在左侧板内，右气浮块嵌入在右侧板内。

进一步地，所述气管接头包括气管接头Ⅰ、气管接头Ⅱ、气管接头Ⅲ和气管接头Ⅳ，气管接头Ⅰ嵌入在顶板上，气管接头Ⅱ嵌入在左侧板上，气管接头Ⅲ嵌入在右侧板上，气管接头Ⅳ嵌入在底板上。

进一步地，所述气浮轴壳上部通过上气浮块与顶板相连接，气浮轴壳下部通过下气浮块与底板相连接，气浮轴壳左侧通过左气浮块与左侧板相连接，气浮轴壳右侧通过右气浮块与右侧板相连接。

进一步地，所述气管接头Ⅰ与上气浮块相连通，气管接头Ⅱ与左气浮块相连通，气管接头Ⅲ与右气浮块相连通，气管接头Ⅳ与下气浮块相连通。

进一步地，所述定子通过螺钉与定子固定板固定连接，定子固定板固定在电机后部且定子固定板下部与底板固定连接。

进一步地，所述左侧板上设有空槽，空槽内设置有光栅尺座，光栅尺座与光栅尺读数头固定连接；所述气浮轴壳外侧设置有光栅尺且光栅尺设置在光栅尺座读数头下方。

进一步地，所述电机为音圈电机。

进一步地，所述气浮轴壳为方形气浮轴壳。

本发明的有益效果是：

1.结构设计合理，实现了快刀伺服装置在高速下的大行程以及气浮轴壳的大刚度；

2.电机整体机构设计紧凑，体积小，质量轻，大大提高了整体适用性；

3.降低了加工难度，便于加工和装配，提高了整体工作效率；

4.气浮轴壳起到导向的作用，同时避免电机运转时的径向运动，提高运动部分的精度，提高了被加工工件表面质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的主视图。

图2为本发明的剖面结构示意图。

图3为图1的侧视图。

图中附图表示为，1为刀柄，2为刀柄连接件，3为动子连接件，4为动子，5为气浮轴壳，6为定子，7为螺钉，8为定子固定板，9为气管接头Ⅰ，10为顶板，11为上气浮块，12为底板，13为光栅尺座，14为光栅尺，15为左侧板，16为右侧板，17为左气浮块，18为右气浮块，19为下气浮块，20为气管接头Ⅱ，21为气管接头Ⅲ，22为气管接头Ⅳ，23为光栅尺读数头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，一种内嵌式快刀伺服装置，包括气浮装置和电机，电机为音圈电机，所述气浮装置包括壳体，壳体内设有气浮轴壳5和气浮块，气浮块设置在气浮轴壳5外部，气浮轴壳5内设有电机，进而减小了整体装置的体积，电机包括动子4和定子6，定子6设置在动子4内部，动子4通过动子连接件3分别与气浮轴壳5和刀柄连接件2相连接，刀柄连接件2与刀柄1相连接。所述壳体外部设置有气管接头，气管接头与气浮块相连通。

所述壳体包括底板12、顶板10、左侧板15和右侧板16，底板12上分别固定有左侧板15和右侧板16，左侧板15和右侧板16上部均与顶板10固定连接。

所述气浮块包括上气浮块11、下气浮块19、左气浮块17和右气浮块18，上气浮块11嵌入在顶板12内，下气浮块19嵌入在底板12内，左气浮块17嵌入在左侧板15内，右气浮块18嵌入在右侧板16内。所述气管接头包括气管接头Ⅰ9、气管接头Ⅱ20、气管接头Ⅲ21和气管接头Ⅳ22。

所述气浮轴壳5环设在音圈电机外部，气浮轴壳为方形，气浮轴壳5限制径向运动，限制自由度，而且气浮的阻尼比直线导轨小，气浮轴壳5上部通过上气浮块11与顶板10相连接，上气浮块11嵌入在顶板10下部，气浮轴壳5下部通过下气浮块19与底板12相连接，下气浮块19嵌入在底板12上部，气浮轴壳5左侧通过左气浮块17与左侧板15相连接，左气浮块17嵌入在左侧板15右侧，气浮轴壳5右侧通过右气浮块18与右侧板16相连接，右气浮块18嵌入在右侧板16左侧，通过四组气浮块保证音圈电机平稳运转，同时音圈电机带动气浮轴实现大行程运动，且由于气浮轴壳5的大刚度，气浮轴壳5在受力时，音圈电机中动子4径向变化小。

所述顶板10上设置有气管接头Ⅰ9，气管接头Ⅰ9与顶板10一侧相连接且顶板10内设有通气腔，气管接头Ⅰ9通过通气腔与上气浮块11相连通，左侧板15上设置有气管接头Ⅱ20，气管接头Ⅱ20与左侧板15相连接且左侧板15内设有通气腔，气管接头Ⅱ20通过通气腔与左气浮块17相连通，右侧板16上设置有气管接头Ⅲ21，气管接头Ⅲ21与右侧板16一侧相连接且右侧板16内设有通气腔，气管接头Ⅲ21通过通气腔与右气浮块18相连通，底板12上设置有气管接头Ⅳ23，气管接头Ⅳ23与底板12一侧相连接且底板12内设有通气腔，气管接头Ⅳ22通过通气腔与下气浮块19相连通，利用四组不同方向的气管通气进而改变音圈电机的转向。

如图1和图2所示，所述音圈电机包括定子6和动子4，所述定子6设置在动子4内部，所述定子6通过四个螺钉7与定子固定板8固定连接，定子固定板8固定在音圈电机后部且定子固定板8下部与底板12固定连接，大大提高音圈电机的的稳定性，动子4通过动子连接件3分别与气浮轴壳5和刀柄连接件2相连接，动子4通过动子连接件3后部与气浮轴壳5前端相连接，动子4通过通过动子连接件3前端与刀柄连接件2后部相连接，刀柄连接件2前端与刀柄1相连接。

如图1和图3所示，所述左侧板15上设有空槽，空槽内设置有光栅尺座13，光栅尺座13与光栅尺座读数头23固定连接；所述气浮轴壳5外侧设置有光栅尺14，光栅尺14与光栅尺座13相配合使用，光栅尺14设置在光栅尺读数头23下方，光栅尺14和光栅尺读数头23之间相差0.8mm距离，光栅尺读数头23用于读取光栅尺14上数值，利用光栅尺14对音圈电机Z向运动实时检测，便于后续通气调整音圈电机转向，大大提高音圈电机运动的精度，进而提高了被加工工件表面质量。

本发明的工作方法为：在音圈电机转动时，音圈电机内动子4通过动子连接件3带动刀柄1转动，同时气浮轴壳5通过动子连接件3与动子4同步转动，光栅尺14实时监测音圈电机转向，在音圈电机转动与预设运行轨迹发生偏移时，相应的气管接头通入空气后带动相应的气浮块运动，相应的气浮块推动气浮轴壳5运动，进而调整音圈电机的转向。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种内嵌式快刀伺服装置，包括气浮装置和电机，其特征在于，所述气浮装置包括壳体，壳体内设有气浮轴壳（5）和气浮块，气浮块设置在气浮轴壳（5）外部，气浮轴壳（5）内设有电机，电机包括动子（4）和定子（6），定子（6）设置在动子（4）内部，动子（4）通过动子连接件（3）分别与气浮轴壳（5）和刀柄连接件（2）相连接，刀柄连接件（2）与刀柄（1）相连接；所述壳体外部设有气管接头，气管接头与气浮块相连通。

2.根据权利要求1所述的内嵌式快刀伺服装置，其特征在于，所述壳体包括底板（12）、顶板（10）、左侧板（15）和右侧板（16），底板（12）上分别固定有左侧板（15）和右侧板（16），左侧板（15）和右侧板（16）上部均与顶板（10）固定连接。

3.根据权利要求1所述的内嵌式快刀伺服装置，其特征在于，所述气浮块包括上气浮块（11）、下气浮块（19）、左气浮块（17）和右气浮块（18），上气浮块（11）嵌入在顶板（12）内，下气浮块（19）嵌入在底板（12）内，左气浮块（17）嵌入在左侧板（15）内，右气浮块（18）嵌入在右侧板（16）内。

4.根据权利要求1或2所述的内嵌式快刀伺服装置，其特征在于，所述气管接头包括气管接头Ⅰ（9）、气管接头Ⅱ（20）、气管接头Ⅲ（21）和气管接头Ⅳ（22），气管接头Ⅰ（9）固定在顶板（12）上，气管接头Ⅱ（20）固定在左侧板（15）上，气管接头Ⅲ（21）固定在右侧板（16）上，气管接头Ⅳ（22）固定在底板（12）上。

5.根据权利要求1或3所述的内嵌式快刀伺服装置，其特征在于，所述气浮轴壳（5）上部通过上气浮块（11）与顶板（10）相连接，气浮轴壳（5）下部通过下气浮块（19）与底板（12）相连接，气浮轴壳（5）左侧通过左气浮块（17）与左侧板（15）相连接，气浮轴壳（5）右侧通过右气浮块（18）与右侧板（16）相连接。

6.根据权利要求4所述的内嵌式快刀伺服装置，其特征在于，所述气管接头Ⅰ（9）与上气浮块（11）相连通，气管接头Ⅱ（20）与左气浮块（17）相连通，气管接头Ⅲ（21）与右气浮块（18）相连通，气管接头Ⅳ（22）与下气浮块（19）相连通。

7.根据权利要求1所述的内嵌式快刀伺服装置，其特征在于，所述定子（6）通过螺钉（7）与定子固定板（8）固定连接，定子固定板（8）下部与底板（12）固定连接。

8.根据权利要求1所述的内嵌式快刀伺服装置，其特征在于，所述左侧板（15）上设有空槽，空槽内设置有光栅尺座（13），光栅尺座（13）与光栅尺读数头（23）固定连接；所述气浮轴壳（5）外侧设置有光栅尺（14）且光栅尺（14）设置在光栅尺座读数头（23）下方。

9.根据权利要求1或7所述的内嵌式快刀伺服装置，其特征在于，所述电机为音圈电机。

10.根据权利要求1或5所述的内嵌式快刀伺服装置，其特征在于，所述气浮轴壳为方形气浮轴壳。