專利名稱：一種液壓驅(qū)動式高剛度微位移裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于機械加工領域，特指一種具有高剛度的液壓驅(qū)動式微位移裝置， 用于超精密加工與測量中，可提高機床微量進給的分辨率，實現(xiàn)超精密機床的超 薄切削、高精度尺寸加工和在線誤差補償。
背景技術：
微位移裝置是一種能產(chǎn)生微米、壓微米級位移的裝置，它在精密加工，精密 測量中得到廣泛的應用。微位移裝置按其工作原理大致有機械傳動式、彈性變形 式、熱變形式、流體膜變形式、磁致伸縮式、電致伸縮式、形狀記憶合金等類型。一種性能優(yōu)秀的微位移裝置應滿足下列性能要求(1) 行程微位移行程大、精度高、分辨率高。(2) 輸入與輸出的線性度高。G)運動部件摩擦力小、穩(wěn)定性高，重復精度高。(4) 剛度高。動態(tài)特性好，具有高的頻率響應。(5) 可以實現(xiàn)自動控制。(6) 制造工藝性好成本低。但在現(xiàn)有微位移驅(qū)動器中，很難同時滿足這些條件，有的輸出與輸入是非線 性關系，有的剛度較低，抗干擾能力較差，有的不能同時承受拉壓載荷。為此， 各國都在致力于開發(fā)一種具有高輸出與輸入線性關系，高剛度，抗干擾能力強， 能同時承受拉壓載荷新型高性能的微量進給裝置。目前使用較廣泛的微位移裝置是電致伸縮陶瓷微位移裝置，它在使用中也存在下來問題(1) 微位移行程小。(2) 輸入-輸出非線性。(3) 存在滯后和蠕變現(xiàn)象。(4) 價格高。為了解決電致伸縮陶瓷微位移行程小的問題，目前采用多片電致伸縮陶瓷疊 加方式，但這增加了系統(tǒng)的復雜性，降低了系統(tǒng)的剛度。由于電致伸縮陶瓷材料 的固有特性，輸入-輸出非線性、滯后和蠕變的問題只能通過測量系統(tǒng)的控制程 序進行修正，這增加了整個系統(tǒng)的制造成本。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種液壓驅(qū)動式高剛度微位移裝置，解決現(xiàn)有微位移裝置存在的行程小、剛度低，輸入一輸出非線性、制造成本高等問題。一種液壓驅(qū)動式高剛度微位移裝置，其特征在于由基座、充滿液壓油的圓柱缸體、高壓管接頭組成，圓柱缸體安裝在基座內(nèi)，與高壓管接頭連接。上述的一種液壓驅(qū)動式高剛度微位移裝置，其特征在于圓柱缸體材料為中低碳鋼，調(diào)質(zhì)處理。上述的一種液壓驅(qū)動式高剛度微位移裝置，其特征在于外徑為D=10 40mm，薄壁厚度t=l 2.5 mm，圓柱缸體工作長度為L= 10~60mm。上述的一種液壓驅(qū)動式高剛度微位移裝置，其特征在于圓柱缸體通過前端的支承孔和后端螺紋將薄壁圓柱缸體安裝在基座內(nèi)部，圓柱缸體前端的支承孔與基座內(nèi)孔的配合間隙0.02 0.05 mm。上述的一種液壓驅(qū)動式高剛度微位移裝置，其特征在于工作油壓范圍P=0 30MP。上述的一種液壓驅(qū)動式高剛度微位移裝置，其特征在于微位移總行程S與圓柱缸體工作長度為L的比值S/L《0. 001 。實現(xiàn)本發(fā)明的技術方案為一個外徑為D，壁厚為t，工作長度為L的圓柱缸體的一端通過螺紋連接固 定在基座后端面，另一端通過小間隙孔支承在基座前端。高壓油管與圓柱缸體后 端連接，利用精密壓力表，通過一個調(diào)壓閥來控制圓柱缸體內(nèi)的油壓。由于油壓 的作用，工作長度為L的薄壁圓柱體部位將產(chǎn)生軸向微量變形，該微量變形就 是其提供的微位移量。改變圓柱缸體的結(jié)構(gòu)參數(shù)D、 t、 L和油壓，可以得到所 需的微位移總行程S和微位移的最小分辨率。液壓驅(qū)動式高剛度微位移裝置微量位移測量過程為(1) 標定微位移裝置的靈敏系數(shù)c將油壓由O升高到P，利用高精度的 微位移傳感器(如電感微位移傳感器)測量出圓柱缸體前端的微位移 量S，那么該微位移裝置的靈敏系數(shù)c為S/P。(2) 確定圓柱缸體內(nèi)部油壓的改變量AP若需要提供的微位移量為AS， 那么只要通過調(diào)壓閥將油壓增加(或減少)AP-AS/c即可。本發(fā)明與其它微量進給裝置相比，具有以下優(yōu)點(1) 剛度高，能承受雙向載荷。本發(fā)明的微位移裝置的剛度比電致伸縮陶 瓷微位移裝置或絲杠螺母式的微位移裝置高1 2個數(shù)量級，并且不受 載荷方向的限制。(2) 輸入一輸出線性度好。本發(fā)明利用了調(diào)質(zhì)碳鋼在彈性變形范圍內(nèi)變形 與受力大小成正比的特點，因此輸入一輸出具有很好的線性度。(3) 無滯后和蠕變現(xiàn)象。調(diào)質(zhì)碳鋼在彈性變形范圍內(nèi)，滯后和蠕變現(xiàn)象很小，可以忽略不計。(4) 行程大，分辨率高。通過適當提高油壓，采用精密壓力表，可以很容 易滿足微位移工作行程20y ，分辨率0.01ii的要求。(5) 結(jié)構(gòu)簡單、成本低。(6)


圖1為本發(fā)明的工作原理圖1.液壓驅(qū)動式微位移裝置2.精密壓力表3.高壓油管4.調(diào)壓閥5. 油泵圖2本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖6. 基座7.圓柱缸體8.液壓油 9.高壓管接頭具體實施方式
具體實施例詳細說明如下如圖2所示，本實施例的相關功能參數(shù)的具體如下 圓柱缸體材料為45碳鋼，調(diào)質(zhì)處理圓柱缸體外徑為D=25mm 圓柱缸體薄壁厚度t=1.5 mm 圓柱缸體工作長度為L= 30mm 工作油壓P^0 30MP圓柱缸體前端部位與基座內(nèi)孔的配合間隙0.02 0.03 mm 其工作過程如圖l所示高壓油通過高壓管接頭9輸入圓柱缸體7中，圓柱缸體7的薄壁在高壓油的 作用下軸向發(fā)生彈性變形，使得圓柱缸體前端向前微量移動實現(xiàn)微量進給。為了標定微位移裝置的靈敏系數(shù)c，將油壓由0升高到30MPa，利用高精 密的微位移傳感器(如電感微位移傳感器)測量出圓柱缸體前端的微位移量為 20um，那么該微位移裝置的靈敏系數(shù)c=20ii/30MPa=0.667um/MPa，并且滿足 微位移總行程S與圓柱缸體工作長度為L的比值S/L《0. 001的要求。如果需要提供2.50um的微位移，只要通過調(diào)壓閥4，將精密壓力表讀數(shù)調(diào) 整到3.75MPa即可。對于配有分辨率為O.Ol MPa的精密壓力表的系統(tǒng)，則該微位移裝置的分辨 率0.006 ym，即分辨率不大于0.01um。
權(quán)利要求
1、一種液壓驅(qū)動式高剛度微位移裝置，其特征在于由基座(6)、充滿液壓油(8)的圓柱缸體(7)、高壓管接頭(9)組成，圓柱缸體(7)安裝在基座(6)內(nèi)，與高壓管接頭(9)連接。
2、 權(quán)利要求1所述的一種液壓驅(qū)動式高剛度微位移裝置，其特征在于圓 柱缸體(7)材料為中低碳鋼，調(diào)質(zhì)處理。
3、 權(quán)利要求1所述的一種液壓驅(qū)動式高剛度微位移裝置，其特征在于圓柱缸體(7)外徑為D=10 40mm，薄壁厚度t=l 2.5 mm，工作長度為L= 10~60mm。
4、 權(quán)利要求1所述的一種液壓驅(qū)動式高剛度微位移裝置，其特征在于圓柱缸體(7)通過前端的支承孔和后端螺紋安裝在基座(6)內(nèi)部，圓柱缸體(7) 前端的支承孔與基座(6)內(nèi)孔的配合間隙0.02 0.05mm。
5、 權(quán)利要求1所述的一種液壓驅(qū)動式高剛度微位移裝置，其特征在于工 作油壓范圍P=0 30MP。
6、 權(quán)利要求1所述的一種液壓驅(qū)動式高剛度微位移裝置，其特征在于微 位移總行程S與圓柱缸體(7)工作長度為L的比值S/L《0.001。
全文摘要
本發(fā)明用于超精密加工與測量中，可提高機床微量進給的分辨率，實現(xiàn)超精密機床的超薄切削、高精度尺寸加工和在線誤差補償。一種具有高剛度能力的液壓驅(qū)動式微位移裝置，它是將一個外徑為D，壁厚為t，工作長度為L的圓柱缸體固定在基座內(nèi)并通入高壓油，利用薄壁圓柱體部位微量變形來提供所需的微位移量。通過一個精密壓力表可精確控制圓柱缸體內(nèi)的油壓，進而得到精確的微位移量。該微位移裝置輸入-輸出線性度好，剛度高，能承受雙向載荷；行程大，分辨率高，可以很容易滿足微位移工作行程20μ，分辨率0.01μ的要求。另外該微位移裝置結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，性能穩(wěn)定，可實現(xiàn)自動控制。
文檔編號G01B7/02GK101329156SQ20081010870
公開日2008年12月24日 申請日期2008年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月13日
發(fā)明者劉遠偉, 兵 張, 王樹林, 王貴成, 陳興華 申請人:江蘇大學