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1、(10)申请公布号 CN 103551864 A (43)申请公布日 2014.02.05 CN 103551864 A (21)申请号 201310536636.3 (22)申请日 2013.11.04 B23Q 1/26(2006.01) (71)申请人 哈尔滨工业大学 地址 150000 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大 直街 92 号 (72)发明人 张俊杰 李增强 赵明辉 赵佩杰 孙涛 (54) 发明名称 一种高刚度高分辨率精密升降装置 (57) 摘要 本发明提供了一种高刚度高分辨率精密升降 装置， 属于升降装置技术领域。 本发明的基座端面 固定有X向微分头， 推动X向楔块沿X向燕尾槽导 。
2、轨移动， 通过相对运动以及 Z 向的燕尾槽导轨的 限制作用把X方向的运动转换为Z方向的运动， 工 作台面上升， 装置向上对刀。X、 Z 方向分别有一根 拉伸弹簧， 连接 X 向楔块基座和 Z 向楔块基 座。在工作台面下降过程中， 微分头返程移动， 与 X 向楔块脱离， Z 向拉伸弹簧将拉动 Z 向楔块向下 移动， X 向拉伸弹簧拉动 X 向楔块， 使其重新与微 分头接触。若工作台面处于理想工作位置， Z 向紧 钉螺钉拧紧， 通过 Z 向镶条锁紧燕尾槽导轨， 工作 台保持稳定的Z向位置， 对刀工作完成。 本发明主 要用于超精密加工中的精确对刀。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书。
3、 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103551864 A CN 103551864 A 1/1 页 2 1. 一种高刚度高分辨率精密升降装置， 其特征在于， 包括 ： Z 向保护盖 （1） 、 工作台保护 盖 （2） 、 Z 向拉伸弹簧 （3） 、 工作台 （4） 、 Z 向楔块 （5） 、 X 向楔块 （6） 、 基座 （7） 、 X 向导轨 （8） 、 X 向拉伸弹簧 （9） 、 微分头基座 （10） 、 X 向保护盖 （11） 、 微分头 （12） 、 Z 向导轨紧钉螺钉 （。
4、13） 、 Z 向导轨镶条 （14） 和 Z 向双侧燕尾槽导轨 （15） ， 所述基座 （7） 上部的左右两侧分别设有一 个 Z 向双侧燕尾槽导轨 （15） ， Z 向双侧燕尾槽导轨 （15） 上设有 Z 向导轨镶条 （14） ， X 向楔 块 （6） 设置在两个 Z 向双侧燕尾槽导轨 （15） 之间的基座 （7） 的上部， X 向楔块 （6） 的上部设 有 Z 向楔块 （5） ， Z 向楔块 （5） 上的燕尾槽与 Z 向双侧燕尾槽导轨 （15） 上的燕尾榫相配合， Z 向拉伸弹簧 （3） 的上端与 Z 向楔块 （5） 相连接， Z 向拉伸弹簧 （3） 的下端与基座 （7） 的后 端相连接， 。
5、X 向拉伸弹簧 （9） 的一端与 X 向楔块 （6） 相连接， X 向拉伸弹簧 （9） 的另一端与 基座 （7） 的前部相连接， 基座 （7） 的前端设有微分头基座 （10） ， 微分头 （12） 通过微分头基座 （10） 与 X 向楔块 （6） 的前端相接触， Z 向双侧燕尾槽导轨 （15） 外部的基座 （7） 上设有 Z 向 保护盖 （1） ， Z 向保护盖 （1） 的上部设有工作台保护盖 （2） ， 工作台 （4） 设置在工作台保护盖 （2） 内且与 Z 向楔块 （5） 相连接， X 向楔块 （6） 的下部设有 X 向燕尾槽且与基座 （7） 上的 X 向导轨 （8） 相配合， 基座 （7。
6、） 的前部设有 X 向保护盖 （11） ， Z 向导轨紧钉螺钉 （13） 设置在 Z 向楔块 （5） 上。 2. 根据权利要求 1 所述的高刚度高分辨率精密升降装置， 其特征在于， 所述 Z 向楔块 （5） 和 X 向楔块 （6） 之间的斜面角度为 48。 权 利 要 求 书 CN 103551864 A 2 1/3 页 3 一种高刚度高分辨率精密升降装置 技术领域 0001 本发明涉及一种高刚度高分辨率精密升降装置 ， 属于升降装置技术领域。 背景技术 0002 当前随着科学技术的迅速发展， 尤其是在光学与电子工程、 精密工程、 航天技术、 生物工程、 微电子系统、 纳米技术等领域， 人们对。
7、于精密机械和精密仪器的分辨率和精度要 求越来越高， 精密微位移机构作为其核心部件， 它的精度极大地制约了精密机械和精密仪 器的发展。 例如在精密测量中， 科学家为了探测材料表面的原子结构， 需要对观察设备进行 高分辨率的微移动操作， 个别甚至达到了亚微米级精度。 在超精密加工过程中， 要达到形位 高精度和表面质量高要求， 除了对于超精密机床、 刀具等加工设备以及检测仪器， 加工环境 的限制， 在加工开始时还必须能够实现精确对刀， 否则就会形成残留凸起， 对加工表面造成 影响。对刀装置的关键就是精密微位移机构的设计。 0003 目前， 常用的精密微位移装置主要有如下几种 ： 1) 扭轮摩擦传动 。
8、： 将一般的扭擦传动方式进行改进， 减小主动轮和从动杆的交角， 这 种机构运动分辨率高， 运动平稳， 无间隙和爬行， 可应用于许多超精密传动领域。但由于其 表面硬化材料的弹性范围变化小， 所以装置安装精度要求较高， 安装困难， 而且安装完成后 刚度不可控。 0004 2) 直线电机 ： 直接利用直线电机作为驱动元件产生微位移， 它具有任意行程， 无 限的位移分辨率， 瞬间响应快。而且系统直接输出直线位移， 不需要运动形式的转换， 简化 了整体结构。 但直线电机成本比较高， 持续工作伴随高热量， 电机磁场的隔离防护存在一定 问题， 它的高精度要求相应的控制系统比较复杂， 故其应用不是很广泛。 0。
9、005 3) 压电、 电致伸缩 ： 利用压电元件 （主要是压电陶瓷） 的逆压电效应或者电致伸缩 材料在电场下发生变形来驱动结构进行微位移。这种装置尺寸小， 分辨率高， 频响快， 能够 达到精密位移要求。但与之配套的控制检测元件 （电容传感器等） 造价非常高， 而且元件本 身的输出力小， 压电陶瓷无法承载切向力， 故应用场合收到很大限制。 0006 4) 形状记忆合金 ： 在预置的温度下， 形状记忆合金具有恢复本来形状的能力， 例 如处在室温正常温度时， 记忆合金做的悬臂梁是直的， 但有可能被加热到温度 T 时， 合金的 “记忆” 就会被唤醒， 试图恢复到原来弯曲的形状， 利用记忆合金的特殊功能。
10、， 可以有效的产 生微位移。 0007 截至目前， 能够输出足够动力的精密微位移装置结构都较为复杂， 并涉及到辅助 控制系统， 成本较高。尤其在超精密机床对刀过程中， 亟需一种简易、 方便、 易于调整、 能够 达到对刀精度要求并且经济成本低廉的装置。 发明内容 0008 本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题， 即截至目前， 能够输出足够 动力的精密微位移装置结构都较为复杂， 并涉及到辅助控制系统， 成本较高。 进而提供一种 说 明 书 CN 103551864 A 3 2/3 页 4 高刚度高分辨率精密升降装置 。 0009 本发明的目的是通过以下技术方案实现的 ： 一种高刚度高分辨率。
11、精密升降装置， 包括 ： Z 向保护盖、 工作台保护盖、 Z 向拉伸弹簧、 工作台、 Z 向楔块、 X 向楔块、 基座、 X 向导轨、 X 向拉伸弹簧、 微分头基座、 X 向保护盖、 微分 头、 Z向导轨紧钉螺钉、 Z向导轨镶条和Z向双侧燕尾槽导轨， 所述基座上部的左右两侧分别 设有一个 Z 向双侧燕尾槽导轨， Z 向双侧燕尾槽导轨上设有 Z 向导轨镶条， X 向楔块设置在 两个 Z 向双侧燕尾槽导轨之间的基座的上部， X 向楔块的上部设有 Z 向楔块， Z 向楔块上的 燕尾槽与 Z 向双侧燕尾槽导轨上的燕尾榫相配合， Z 向拉伸弹簧的上端与 Z 向楔块相连接， Z 向拉伸弹簧的下端与基座的后。
12、端相连接， X 向拉伸弹簧的一端与 X 向楔块相连接， X 向拉 伸弹簧的另一端与基座的前部相连接， 基座的前端设有微分头基座， 微分头通过微分头基 座与 X 向楔块的前端相接触， Z 向双侧燕尾槽导轨外部的基座上设有 Z 向保护盖， Z 向保护 盖的上部设有工作台保护盖， 工作台设置在工作台保护盖内且与 Z 向楔块相连接， X 向楔块 的下部设有 X 向燕尾槽且与基座上的 X 向导轨相配合， 基座的前部设有 X 向保护盖， Z 向导 轨紧钉螺钉设置在 Z 向楔块上。 0010 本发明的优点是 ： 楔块和螺旋微位移组合机械结构， 提高了位移分辨率， 采用楔 块 - 燕尾槽镶条锁紧的工作位置固定。
13、模式， 增加了装置的工作刚度， 选用市场上普通的 50mm 行程微分头， 装置的位移分辨率就能够达到 1m， 满足对刀精度要求。装置结构简单， 易于制造， 购买部件成本也较低， 通过更换拉伸弹簧能够提供不同范围的输出力， 且装置封 闭， 避免了加工碎屑的影响， 易于维护。本发明主要用于超精密加工中的精确对刀。 0011 附图说明 0012 图 1 为本发明高刚度高分辨率精密升降装置的三维结构示意图 ； 图 2 为本发明高刚度高分辨率精密升降装置的剖面结构示意图 ； 图 3 为本发明高刚度高分辨率精密升降装置的爆炸视图。 0013 图中的附图标记 1-Z 向保护盖， 2- 工作台保护盖， 3-Z。
14、 向拉伸弹簧， 4- 工作台， 5-Z 向楔块， 6-X 向楔块， 7- 基座， 8-X 向导轨， 9-X 向拉伸弹簧， 10- 微分头基座， 11-X 向保护盖， 12- 微分头， 13-Z 向导轨紧钉螺钉， 14-Z 向导轨镶条， 15-Z 向双侧燕尾槽导轨。 0014 具体实施方式 0015 下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明 ： 本实施例在以本发明技术方案为 前提下进行实施， 给出了详细的实施方式， 但本发明的保护范围不限于下述实施例。 0016 如图 1 图 3 所示， 本实施例所涉及的一种高刚度高分辨率精密升降装置， 包括 ： Z 向保护盖 1、 工作台保护盖 2、 Z 向拉。
15、伸弹簧 3、 工作台 4、 Z 向楔块 5、 X 向楔块 6、 基座 7、 X 向 导轨 8、 X 向拉伸弹簧 9、 微分头基座 10、 X 向保护盖 11、 微分头 12、 Z 向导轨紧钉螺钉 13、 Z 向导轨镶条 14 和 Z 向双侧燕尾槽导轨 15， 所述基座 7 上部的左右两侧分别设有一个 Z 向 双侧燕尾槽导轨 15， Z 向双侧燕尾槽导轨 15 上设有 Z 向导轨镶条 14， X 向楔块 6 设置在两 个 Z 向双侧燕尾槽导轨 15 之间的基座 7 的上部， X 向楔块 6 的上部设有 Z 向楔块 5， Z 向楔 说 明 书 CN 103551864 A 4 3/3 页 5 块 。
16、5 上的燕尾槽与 Z 向双侧燕尾槽导轨 15 上的燕尾榫相配合， Z 向拉伸弹簧 3 的上端与 Z 向楔块 5 相连接， Z 向拉伸弹簧 3 的下端与基座 7 的后端相连接， X 向拉伸弹簧 9 的一端与 X 向楔块 6 相连接， X 向拉伸弹簧 9 的另一端与基座 7 的前部相连接， 基座 7 的前端设有微 分头基座 10， 微分头 12 通过微分头基座 10 与 X 向楔块 6 的前端相接触， Z 向双侧燕尾槽导 轨 15 外部的基座 7 上设有 Z 向保护盖 1， Z 向保护盖 1 的上部设有工作台保护盖 2， 工作台 4 设置在工作台保护盖 2 内且与 Z 向楔块 5 相连接， X 向。
17、楔块 6 的下部设有 X 向燕尾槽且与 基座 7 上的 X 向导轨 8 相配合， 基座 7 的前部设有 X 向保护盖 11， Z 向导轨紧钉螺钉 13 设 置在 Z 向楔块 5 上。 0017 所述 Z 向楔块 5 和 X 向楔块 6 之间的斜面角度为 48。 0018 本发明的基座上有半圆形端部长槽， 通过螺栓可把基座连接在机床上， 并能够调 整其在机床上的位置 ； 基座端面固定有 X 向微分头， 推动 X 向楔块沿 X 向燕尾槽导轨移动， 通过相对运动以及 Z 向的燕尾槽导轨的限制作用把 X 方向的运动转换为 Z 方向的运动， 工 作台面上升， 装置向上对刀。X、 Z 方向分别有一根拉伸弹。
18、簧， 连接 X 向楔块基座和 Z 向楔 块基座。在工作台面下降过程中， 微分头返程移动， 与 X 向楔块脱离， Z 向拉伸弹簧将拉 动 Z 向楔块向下移动， X 向拉伸弹簧拉动 X 向楔块， 使其重新与微分头接触。若工作台面处 于理想工作位置， Z向紧钉螺钉拧紧， 通过Z向镶条锁紧燕尾槽导轨， 工作台保持稳定的Z向 位置， 对刀工作完成。 0019 以上所述， 仅为本发明较佳的具体实施方式， 这些具体实施方式都是基于本发明 整体构思下的不同实现方式， 而且本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域 的技术人员在本发明揭露的技术范围内， 可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的 保护范围之内。因此， 本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。 说 明 书 CN 103551864 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103551864 A 6 2/2 页 7 图 3 说 明 书 附 图 CN 103551864 A 7 。