一種新型Z軸升降平臺制造技術

本發明專利技術公開了一種新型Z軸升降平臺，包括中空型旋轉超聲電機組件、升降機構組件和位移傳感組件；本發明專利技術定位精度高、響應速度快和抗電磁干擾的特點，同時基于超聲電機斷電自鎖的特性，無需附加額外鎖定裝置來保持位置，克服了電磁電機伺服抖動的問題；系統的整體結構更加簡單緊湊、易于小型化，具有更廣闊的應用前景。

A new type of Z shaft lifting platform

The invention discloses a lifting platform comprises a hollow shaft type Z type rotary ultrasonic motor assembly, elevating mechanism component and displacement sensing components; the invention of high precision, fast response speed and positioning of anti electromagnetic interference at the same time, based on the characteristics of ultrasonic motor self-locking, without additional locking device to maintain position, overcome the electromagnetic motor servo jitter problems; the overall structure of the system is simple and compact, easy miniaturization, has wider application prospects.

【技術實現步驟摘要】
一種新型Z軸升降平臺
：本專利技術涉及一種新型Z軸升降平臺。
技術介紹
：大行程、高精度、高分辨率的運動平臺在近代尖端工業生產和科學研究領域內占有極為重要的地位，其定位精度和行程范圍直接影響到生產加工的精度和廣度。在生物醫學裝備、精密光學儀器、微加工和微裝配等眾多高端裝備中，對于高精度多軸運動平臺有著很大的應用需求。在眾多的高精度多自由度運動平臺的設計中，Z軸升降臺的結構設計方式影響著整個系統的占用空間體積的大小。對于多軸運動中的Z軸精密升降運動，多采用步進旋轉電機加絲杠的驅動方式。這種驅動方式不可避免地存在著較多的中間運動轉換環節和彈性變形，使得平臺的實時性較差，可實現的直線運動的定位精度或速度較低。另外，由于電機本身基于電磁效應的工作原理，不可避免的會對工作環境帶來電磁干擾。盡管現有絲杠或扭輪等運動轉換機構的加工工藝已經比較成熟，但提高傳動精度所須付出的代價是巨大的。同時，該種方式在鎖定位置時需要額外附加抱緊機構，這使得該種機構更加復雜，不易小型化。另一種方式是采用電磁型直線電機直接驅動。該方式可大大減少旋轉電機驅動方式中的運動轉換環節，簡化了系統的結構，從而避免了由于中間環節的彈性變形、間隙、磨損等因素帶來的運動誤差。但由于要克服移動平臺本身重力對精度的影響，需要配置相應配重塊來平衡升降臺本身重力對運動的影響，也需要額外的添加抱緊裝置鎖定位置，同樣使得整體機構較為復雜，難以實現小型化設計。總之，現有的Z軸升降平臺大多通過步進電機驅動，其結構復雜，不易小型化，且系統易受磁場干擾，位置保持能力差。同時，實現高的定位精度所需的成本高。因此，確有必要對現有技術進行改進以解決現有技術之不足。
技術實現思路
：本專利技術是為了解決上述現有技術存在的問題而提供一種新型Z軸升降平臺。本專利技術所采用的技術方案有：一種新型Z軸升降平臺，包括中空型旋轉超聲電機組件：所述中空型旋轉超聲電機組件包括底座、轉子、定子、壓電陶瓷、止推軸承、預壓力螺母和鎖緊螺母，所述定子套設于底座上，壓電陶瓷粘貼于定子的下端面上，止推軸承設于底座內，轉子轉動支承于止推軸承內，且轉子的上端伸于底座外，在轉子的圓周壁上設有環形凸緣部，該環形凸緣部緊貼于定子的上端面上，預壓力螺母和鎖緊螺母均安裝在轉子的一端上，鎖緊螺母的一個端面與預壓力螺母相抵以防止預壓力螺母軸向移動，預壓力螺母的另一端支承在止推軸承上以使預壓力螺母能隨轉子同步轉動，固定轉子，轉動預壓力螺母，使得螺紋拉動轉子，通過調整定子和轉子之間的變形量來調節電機軸向預壓力；升降機構組件：所述升降機構組件包括外殼、升降導筒、平臺、滾珠、圓柱銷和拉力彈簧，所述平臺螺紋連接于轉子上，外殼固定于底座上，升降導筒固定于平臺上，且外殼與升降導筒之間形成有安裝腔，滾珠設于該安裝腔內，在底座和平臺上分別固定連接圓柱銷，拉力彈簧的兩端連接圓柱銷并通過圓柱銷拉緊拉力彈簧，繼而將平臺和底座壓緊；位移傳感組件：所述位移傳感組件包括光柵尺和位移傳感器，光柵尺粘貼在升降導筒上，位移傳感器設于外殼上，通過檢測光柵尺和位移傳感器之間的相對位移變化，實現位移的測量。進一步地，所述轉子的軸心方向上設有螺紋孔。進一步地，所述平臺上設有連接軸，該連接軸的外壁上設有外螺紋，連接軸螺紋連接于轉子的螺紋孔內。進一步地，所述連接軸的軸心方向上設有通孔。進一步地，所述升降導筒的側壁上設有第一定位圓弧槽，外殼的側壁上設有第二定位圓弧槽，滾珠滾動設于第一、二定位圓弧槽內。本專利技術具有如下有益效果：本專利技術定位精度高、響應速度快和抗電磁干擾的特點，同時基于超聲電機斷電自鎖的特性，無需附加額外鎖定裝置來保持位置，克服了電磁電機伺服抖動的問題；系統的整體結構更加簡單緊湊、易于小型化，具有更廣闊的應用前景。附圖說明：圖1為本專利技術的主視圖；圖2為本專利技術的俯視圖；圖3為本專利技術的A-A向視圖；圖4為本專利技術的三維結構圖；具體實施方式：下面結合附圖對本專利技術作進一步的說明。如圖1至圖4所示，本專利技術一種新型Z軸升降平臺，包括中空型旋轉超聲電機組件、升降機構組件和位移傳感組件，其中中空型旋轉超聲電機組件包括底座1、轉子7、定子8、壓電陶瓷9、止推軸承10、預壓力螺母11和鎖緊螺母12，定子8套設于底座1上，壓電陶瓷9粘貼于定子8的下端面上，止推軸承10設于底座1內，轉子7轉動支承于止推軸承10內，且轉子7的上端伸于底座1外。在轉子7的圓周壁上設有環形凸緣部71，該環形凸緣部71緊貼于定子8的上端面上，預壓力螺母11和鎖緊螺母12均安裝在轉子7的一端上，鎖緊螺母12的一個端面與預壓力螺母11相抵以防止預壓力螺母11軸向移動，預壓力螺母11的另一端支承在止推軸承10上以使預壓力螺母11能隨轉子7同步轉動，固定轉子7，轉動預壓力螺母11，使得螺紋拉動轉子7，通過調整定子8和轉子7之間的變形量來調節電機軸向預壓力；升降機構組件包括外殼2、升降導筒3、平臺4、滾珠13、圓柱銷15和拉力彈簧16，在轉子7的軸心方向上設有螺紋孔，在平臺4的中心處設有連接軸41，該連接軸41的軸心方向上設有通孔42，通孔42使得安裝在Z軸升降平臺上的裝置走線更加方便。在連接軸41的外壁上設有外螺紋，連接軸41螺紋連接于轉子7的螺紋孔內并形成螺紋傳動副，外殼2通過螺釘14固定于底座1上，升降導筒3通過螺釘14固定于平臺4上，外殼2與升降導筒3之間形成有安裝腔，滾珠13設于該安裝腔內。為對滾珠13進行定位，在升降導筒3外側設置有均勻分布的四個第一定位圓弧槽，在外殼2的側壁上均勻分布有四個第二定位圓弧槽，滾珠13滾動設于第一定位圓弧槽和第二定位圓弧槽內，第一、二定位圓弧槽能夠有效防止滾珠13的脫落，升降導筒3與外殼2之間通過滾珠13實現相對運動，由于滾珠13安裝在升降導筒3和外殼2之間的圓弧槽中，限制了升降導筒3和外殼2之間的旋轉自由度，最終實現升降導筒3和外殼2之間直線升降運動。為了消除螺紋傳動中的間隙，在平臺4和底座1上分別安裝有圓柱銷15，利用圓柱銷15將兩個拉力彈簧16拉緊，繼而將平臺4和底座1壓緊。第一定位圓弧槽的圓弧為優弧，其弧長大于半圓，且圓弧槽底部不貫通，在安裝和拆卸過程中，可以有效防止滾珠13的脫落，第二定位圓弧槽的圓弧為劣弧，其弧長小于半圓，與滾珠13相配合，用于限制外殼2和升降導筒3之間的轉動。位移傳感組件包括光柵尺5和位移傳感器6，光柵尺5粘貼在升降導筒3上，位移傳感器6設于外殼2上，通過檢測光柵尺5和位移傳感器6之間的相對位移變化，實現位移的測量。當施加一定的正弦信號在壓電陶瓷9上，激發出定子8上端驅動表面質點的橢圓運動，在摩擦力作用下，驅動轉子7產生旋轉運動，繼而轉子7通過螺紋傳動的形式帶動平臺4產生升降運動。可通過改變施加在壓電陶瓷9上的正弦信號的相位改變中空型旋轉超聲電機的旋轉運動方向，繼而使平臺4產生相反方向的運動。同時，由于升降機構中的滾珠13的存在，使得平臺4在升降運動的過程中不會發生旋轉。拉力彈簧16通過圓柱銷15連接在底座1與平臺4之間，可以消除螺紋副之間的間隙，提高系統的傳動精度和動、靜態剛度。在平臺上升或下降的過程中位移傳感器6反饋平臺4的位置。以上所述僅是本專利技術的優選實施方式，應當指出，對于本
的普通技術人員來說，在不脫離本專利技術原理的前提下還可以作出若干改進本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種新型Z軸升降平臺，其特征在于：包括中空型旋轉超聲電機組件：所述中空型旋轉超聲電機組件包括底座(1)、轉子(7)、定子(8)、壓電陶瓷(9)、止推軸承(10)、預壓力螺母(11)和鎖緊螺母(12)，所述定子(8)套設于底座(1)上，壓電陶瓷(9)粘貼于定子(8)的下端面上，止推軸承(10)設于底座(1)內，轉子(7)轉動支承于止推軸承(10)內，且轉子(7)的上端伸于底座(1)外，在轉子(7)的圓周壁上設有環形凸緣部(71)，該環形凸緣部(71)緊貼于定子(8)的上端面上，預壓力螺母(11)和鎖緊螺母(12)均安裝在轉子(7)的一端上，且鎖緊螺母(12)的一個端面與預壓力螺母(11)相抵以防止預壓力螺母(11)軸向移動，預壓力螺母(11)的另一端支承在止推軸承(10)上以使預壓力螺母(11)能隨轉子(7)同步轉動，固定轉子(7)，轉動預壓力螺母(11)，使得螺紋拉動轉子(7)，通過調整定子(8)和轉子(7)之間的變形量來調節電機軸向預壓力；升降機構組件：所述升降機構組件包括外殼(2)、升降導筒(3)、平臺(4)、滾珠(13)、圓柱銷(15)和拉力彈簧(16)，所述平臺(4)螺紋連接于轉子(7)上，外殼(2)固定于底座(1)上，升降導筒(3)固定于平臺(4)上，且外殼(2)與升降導筒(3)之間形成有安裝腔，滾珠(13)設于該安裝腔內，在底座(1)和平臺(4)上分別固定連接圓柱銷(15)，拉力彈簧(16)的兩端連接圓柱銷(15)并通過圓柱銷(15)拉緊拉力彈簧(16)，繼而將平臺(4)和底座(1)壓緊；位移傳感組件：所述位移傳感組件包括光柵尺(5)和位移傳感器(6)，光柵尺(5)粘貼在升降導筒(3)上，位移傳感器(6)設于外殼(2)上，通過檢測光柵尺(5)和位移傳感器(6)之間的相對位移變化，實現位移的測量。...

【技術特征摘要】
1.一種新型Z軸升降平臺，其特征在于：包括中空型旋轉超聲電機組件：所述中空型旋轉超聲電機組件包括底座(1)、轉子(7)、定子(8)、壓電陶瓷(9)、止推軸承(10)、預壓力螺母(11)和鎖緊螺母(12)，所述定子(8)套設于底座(1)上，壓電陶瓷(9)粘貼于定子(8)的下端面上，止推軸承(10)設于底座(1)內，轉子(7)轉動支承于止推軸承(10)內，且轉子(7)的上端伸于底座(1)外，在轉子(7)的圓周壁上設有環形凸緣部(71)，該環形凸緣部(71)緊貼于定子(8)的上端面上，預壓力螺母(11)和鎖緊螺母(12)均安裝在轉子(7)的一端上，且鎖緊螺母(12)的一個端面與預壓力螺母(11)相抵以防止預壓力螺母(11)軸向移動，預壓力螺母(11)的另一端支承在止推軸承(10)上以使預壓力螺母(11)能隨轉子(7)同步轉動，固定轉子(7)，轉動預壓力螺母(11)，使得螺紋拉動轉子(7)，通過調整定子(8)和轉子(7)之間的變形量來調節電機軸向預壓力；升降機構組件：所述升降機構組件包括外殼(2)、升降導筒(3)、平臺(4)、滾珠(13)、圓柱銷(15)和拉力彈簧(16)，所述平臺(4)螺紋連接于轉子(7)上，外殼(2)固定于底...

【專利技術屬性】
技術研發人員：時運來，張軍，馮森，婁成樹，程丁繼，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32