Стол прецизионных перемещений

Полезная модель относится к области манипуляторов с программным управлением и может быть использована, в частности, в многокоординатных прецизионных столах, предназначенных для оснащения существующего фрезерного и сверлильного оборудования, в многокоординатных прецизионных столах позиционеров для оптических исследований, в тренажерных комплексах для подготовки водителей, летчиков, в 3-D принтерах, а также в прецизионных столах, используемых при создании слоистых композитных наноматериалов и т.д. Техническим результатом является упрощение конструкции и увеличение жесткости. Устройство содержит неподвижное основание и подвижную платформу, связанную с неподвижным основанием с обеспечением возможности изменения пространственного положения относительно неподвижного основания. Связи между подвижной платформой и неподвижным основанием осуществлены с помощью трех шариковинтовых пар, каждая из которых состоит из винта и параллельно расположенной цилиндрической направляющей, при этом шариковинтовая пара оснащена приводом вращения винта винтовой пары, расположенным в нижней части цилиндрической направляющей и шариковинтовой пары, подвижная каретка шариковинтовой пары и нижняя часть цилиндрической направляющей связана через карданный подвес с неподвижным основанием, а верхняя часть цилиндрической направляющей связана с подвижной платформой через шаровую опору. 2 ил.

Полезная модель относится к области манипуляторов с программным управлением и может быть использовано, в частности, в многокоординатных прецизионных столах, предназначенных для оснащения существующего фрезерного и сверлильного оборудования, в многокоординатных прецизионных столах позиционеров для оптических исследований, в тренажерных комплексах для подготовки водителей, летчиков, в 3-D принтерах, а также в прецизионных столах, используемых при создании слоистых композитных наноматериалов и т.д.

В основе рассматриваемых столов прецизионных перемещений лежит разработанный Стьюартом (см., например, работу [1] - Stewart D. A platform with six degrees of freedom // Proc. Inst. Mech. Eng. 1965/1966. Vol. 180, pt 1, N15/ P. 371-386 механизм с параллельной кинематикой, получивший дальнейшее развитие и исследование в работах [2] - Афонин В.Л., Крайнев А.Ф., Ковалев В.Е., и др. Обрабатывающее оборудование нового поколения. Концепция проектирования. М.: Машиностроение, 2001. 256 с., стр.54, 56, 58, 90, 145, рис.1.17 - 1.19, 2.7, 3.5, [3]- Альван Х.М., Слоущ А.В. Декомпозиция задачи силового анализа многоподвижного механизма параллельной структуры. // Теория механизмов и машин, 1, 2005 г., [4] - Ивахненко Д.Н., Серков Н.А., Вайнштейн И.В., Сироткин Р.О. Экспериментальное исследование статической жесткости 5-ти координатного фрезерного станка с параллельной кинематикой. // Проблемы машиностроения и надежности машин, 2007 г., 5, с.102-109. Так в [2] показаны варианты конструктивных исполнений, которые реализуют принцип «платформы Стьюарта», вариант описания кинематики, вариант расчета динамики; в [3] приведены расчеты кинематики и динамики; в [4] приведены результаты исследований механизма с параллельной кинематикой.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели является стол прецизионных перемещений, описанный в заявке [5] - WO 2006087399 (A1), B25J 17/02, 24.08.2006, который принят в качестве прототипа.

Прототип содержит неподвижное основание и подвижную платформу, связанную с неподвижным основанием с обеспечением возможности изменения пространственного положения относительно неподвижного основания. Указанные связи реализованы в виде четырех поворотных штанг, угловое положение которых изменяется с помощью приводов вращения. Каждая из поворотных штанг соединена через две шаровые опоры с двумя параллельными тягами, нижняя часть которых шарнирно связана с подвижной платформой.

Изменение положения подвижной платформы осуществляется за счет движения, по меньшей мере, двух поворотных штанг, которые через соответствующие параллельные тяги изменяют положение подвижной платформы.

Необходимость движения, по меньшей мере, двух поворотных штанг для изменения положения подвижной платформы усложняет конструкцию и управление, наличие поворотных штанг снижает жесткость конструкции, что является недостатком прототипа. Также недостатками являются наличие двух параллельных тяг и избыточное количество шаровых опор.

Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель является упрощение конструкции за счет уменьшения количества связей между неподвижной опорой и подвижной платформой, а также увеличение жесткости за счет установки пары винт-гайка для преобразования вращения в линейное перемещение.

Сущность полезной модели заключается в следующем. Стол прецизионных перемещений содержит неподвижное основание и подвижную платформу, связанную с неподвижным основанием с обеспечением возможности изменения пространственного положения относительно неподвижного основания. В отличие от прототипа связи между подвижной платформой и неподвижным основанием осуществлены с помощью трех шариковинтовых пар, каждая из которых состоит из винта и параллельно расположенной цилиндрической направляющей, при этом шариковинтовая пара оснащена приводом вращения винта винтовой пары, расположенным в нижней части цилиндрической направляющей и шариковинтовой пары, подвижная каретка шариковинтовой пары и нижняя часть цилиндрической направляющей связана через карданный подвес с неподвижным основанием, а верхняя часть цилиндрической направляющей связана с подвижной платформой через шаровую опору.

Сущность полезной модели и возможность ее реализации поясняются иллюстративными материалами, представленными на фиг.1 и фиг.2, где на фиг.1 изображена кинематическая схема, а на фиг.2 - схематичное конструктивное исполнение.

Стол прецизионных перемещений (фиг.1, 2) содержит неподвижное основание 1 и подвижную платформу 2, связанную с неподвижным основанием 1 с обеспечением возможности изменения пространственного положения относительно неподвижного основания 1. Связи между подвижной платформой 2 и неподвижным основанием 1 осуществлены с помощью трех шариковинтовых пар, каждая из которых состоит из винта 3 (3-1, 3-2, 3-3), гайки 4 (4-1, 4-2, 4-3), выполняющей функцию каретки, и параллельно расположенной цилиндрической направляющей 5 (5-1, 5-3).

Шариковинтовая пара оснащена приводом 6 (6-1, 6-2, 6-3) вращения винта 3 винтовой пары, расположенным в нижней части цилиндрической направляющей 5 и шариковинтовой пары. Подвижная каретка, т.е. гайка 4, шариковинтовой пары и нижняя часть цилиндрической направляющей 5 связаны через карданный подвес 7 (7-1, 7-3) с неподвижным основанием 1, а верхняя часть цилиндрической направляющей 5 связана с подвижной платформой 2 через шаровую опору 8 (8-1, 8-2, 8-3).

В качестве привода 6 может быть использован любой электронный программно управляемый привод, например, шаговый.

В качестве шаровой опоры 8 могут быть использованы угловые опоры, прямые опоры, устанавливаемые в платформу.

В основу работы стола прецизионных перемещений положен принцип стола Стьюарта и заключается в управляемом изменении расстояния между карданным подвесом 7 (7-1, 7-3) и шаровой опоры 8 (8-1, 8-2, 8-3) за счет вращения винта 3 (3-1, 3-2, 3-3), что позволяет осуществлять движения по прямой вдоль осей OX, OY, OZ (фиг.1), а также повороты вдоль OX, OY.

Таким образом, при меньшем количестве связей между неподвижной опорой и подвижной платформой обеспечивается пять степеней свободы подвижной платформы относительно неподвижного основания, а использование пары винт-гайка для преобразования вращения в линейное перемещение вместо поворотных штанг и тяг в прототипе увеличивается жесткость.

Рассмотренное показывает, что полезная модель осуществима и дает технический результат, заключающийся в упрощении конструкции и увеличении жесткости.

Источники информации

1. Stewart D. A platform with six degrees of freedom // Proc. Inst. Mech. Eng. 1965/1966. Vol.180, pt1, N15/P.371-386

2. Афонин В.Л., Крайнев А.Ф., Ковалев В.Е. и др. Обрабатывающее оборудование нового поколения. Концепция проектирования. М.: Машиностроение, 2001. 256 с.

3. Альван Х.М., Слоущ А.В. Декомпозиция задачи силового анализа многоподвижного механизма параллельной структуры. // Теория механизмов и машин, 1, 2005 г.

4. Ивахненко Д.Н, Серков Н.А., Вайнштейн И.В., Сироткин Р.О. Экспериментальное исследование статической жесткости 5-ти координатного фрезерного станка с параллельной кинематикой. // Проблемы машиностроения и надежности машин, 2007 г., 5, с.102-109.

5. WО 2006087399 (A1), B25J 17/02, 24.08.2006.

Стол прецизионных перемещений, содержащий неподвижное основание и подвижную платформу, связанную с неподвижным основанием с обеспечением возможности изменения пространственного положения относительно неподвижного основания, отличающийся тем, что связи между подвижной платформой и неподвижным основанием осуществлены с помощью трех шариковинтовых пар, каждая из которых состоит из винта и параллельно расположенной цилиндрической направляющей, при этом шариковинтовая пара оснащена приводом вращения винта винтовой пары, расположенным в нижней части цилиндрической направляющей и шариковинтовой пары, подвижная каретка шариковинтовой пары и нижняя часть цилиндрической направляющей связана через карданный подвес с неподвижным основанием, а верхняя часть цилиндрической направляющей связана с подвижной платформой через шаровую опору.