Устройство прецизионного позиционирования рабочего органа

Полезная модель относится к точному машиностроению и приборостроению и может использоваться для чистовой обработки поверхностей деталей. Устройство также может быть использовано для прецизионного позиционирования в различных механизмах наведения, сборочных системах и других областях. Устройство для прецизионного позиционирования рабочего органа состоящее из корпуса, в котором размещен суппорт на направляющих качения с возможностью перемещения вдоль оси ходового винта, установленный в подшипниковой опоре и гайке качения, которая жестко связана с суппортом, на свободном конце вала расположен маховик, на котором установлен лимб для отсчета угла поворота, в суппорте установлен стержень из магнитострикционного материала, катушка, подключенная к системе управления и держатель инструмента с установленным в нем резцом. Коррекция положения рабочего органа относительно заготовки осуществляется посредством изменения силы тока в катушке магнитострикционного преобразователя. При этом точность позиционирования инструмента зависит только от точности позиционирования магнитострикционного преобразователя и составляет 0,1÷1 нм. 1 ил.

Полезная модель относится к точному машиностроению и приборостроению и может использоваться для чистовой обработки поверхностей деталей. Устройство также может быть использовано для прецизионного позиционирования в различных механизмах наведения, сборочных системах и других областях.

Известен механизм для преобразования вращательного движения в одновременное вращательное и возвратно-поступательное (SU 979761, F16H 37/16, 07.12.82), содержащий ведущий и ведомый валы, на последнем из которых выполнены шлицевой и резьбовой участки, и размещенные на валах зубчатые колеса, по крайней мере пара из которых некруглые и одно из них размещено на ведущем валу, а два колеса, размещенные на ведомом валу, имеют соответствующие шлицевой и резьбовой участки.

Данный механизм позволяет добиться высокой редукции при преобразовании вращательного движения в поступательное за счет уменьшения относительной скорости вращения ходового винта и сопряженной с ним гаки.

Известно также устройство прецизионного механического позиционирования (RU 2534854, F16H 25/20, 10.12 2014) которое включает в себя корпус, два параллельно расположенных винта. Первый винт установлен в корпусе на подшипниках и имеет зацепление с гайкой, жестко связанной с суппортом, установленным в корпусе с возможностью поступательного перемещения по направляющим качения. На винте жестко закреплена шестерня, связанная с зубчатым колесом, жестко установленным на втором винте, закрепленном в подшипниках и имеющем зацепление с гайкой, жестко связанной с салазками, установленными на суппорте с возможностью поступательного перемещения. На конце первого винта установлен лимб, приводящий его в движение.

В данном устройстве достигается высокая точность позиционирования за счет разности шагов ходовых винтов и разности их круговых скоростей.

Недостатками устройств прототипов для прецизионного позиционирования рабочего органа являются:

1. Малая точность позиционирования, вследствие погрешностей изготовления ходовых винтов.

2. Суммарная погрешность изготовления ходовых винтов, в зависимости от размеров и класса точности, составляет 5÷70 мкм.

3. Небольшой рабочий ход выходного звена.

4. Скорость перемещения рабочего органа на холостых ходах весьма мала и холостые перемещения занимают длительное время.

Задачей изобретения является увеличение точности позиционирования без уменьшения величины рабочего хода выходного звена и уменьшения скорости перемещения рабочего органа.

Поставленная задача решается, технический результат достигается тем, что в устройстве используется система двух приводов различного типа (винтовой и магнитострикционный). Устройство состоит из корпуса, ходового винта, имеющего зацепление с гайкой качения, жестко закрепленной в суппорте, установленным на направляющих качения, на суппорте установлен магнитострикционный концентратор, жестко связанный с держателем рабочего инструмента, имеющим одну степень свободы (вдоль оси ходового винта).

Величина перемещения рабочего органа складывается из перемещения суппорта относительно корпуса и перемещения держателя инструмента относительно суппорта.

Величина перемещения суппорта относительно корпуса равна:

где P_x - шаг резьбы ходового винта, мм/об; - угол поворота маховика, град.

Перемещение держателя инструмента относительно суппорта зависит от параметров магнитострикционного преобразователя и величины напряженности магнитного поля, создаваемого катушкой. Относительное удлинение стержня магнитострикционного актуатора достигает 1%. Точность позиционирования составляет 0,1÷1 нм.

Вследствие погрешностей изготовления точность позиционирования суппорта, перемещаемого посредством винтовой пары невелика и составляет для пары трения 5÷70 мкм, для пары качения (ШВП) 3,5÷18 мкм. Поэтому рабочий ход осуществляемый магнитострикционным актуатором должен заведомо превышать величину погрешности винтовой пары (100÷150 мкм).

На фиг. 1 изображено устройство для прецизионного позиционирования рабочего органа

Устройство состоит из корпуса 1, в котором размещен суппорт 2 на направляющих качения 3 с возможностью перемещения вдоль оси ходового винта 4. Ходовой винт установлен в подшипниковой опоре 5 и гайке качения 6, которая жестко связана с суппортом, на свободном конце вала расположен маховик 7, на котором установлен лимб для отсчета угла поворота. В суппорте также установлен стержень из магнитострикционного материала 8, катушка 9, держатель инструмента 10 с установленным в нем резцом 11, обрабатывающий заготовку 12. Система управления 13 подключена к катушке магнитострикционного преобразователя.

Полезная модель работает следующим образом. Поворотом маховика по отсчетам делений лимба перемещают суппорт на необходимую величину, рассчитываемую по формуле:

Коррекцию положения рабочего органа относительно заготовки осуществляют посредством изменения силы тока в катушке магнитострикционного преобразователя. При этом точность позиционирования инструмента зависит только от точности позиционирования магнитострикционного преобразователя и составляет 0,1÷1 нм. Таким образом достигается прецизионная точность позиционирования выходного звена устройства при большой величине рабочего хода и высокой скорости перемещения на холостом ходу.

Устройство для прецизионного позиционирования рабочего органа, состоящее из корпуса, в котором размещен суппорт на направляющих качения с возможностью перемещения вдоль оси ходового винта, установленный в подшипниковой опоре и гайке качения, которая жестко связана с суппортом, на свободном конце вала расположен маховик, на котором установлен лимб для отсчета угла поворота, отличающееся тем, что в суппорте установлен стержень из магнитострикционного материала, катушка, подключенная к системе управления и держатель инструмента с установленным в нем резцом.