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.
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:
x
где P - шаг резьбы ходового винта, мм/об; φ - 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.