反作用力机构及其操作方法技术

本发明专利技术涉及反作用力机构，其布置成在物体上施加力，以将所述物体保持在期望位置。该机构包括从动本体（12、62、94）、用于使从动本体运动的驱动器（20、60、92）以及用于将从动本体联接到物体的一部分上的回弹性联接结构（26、70、88）。控制结构布置成将驱动信号输出到从动本体驱动器，以便使从动本体运动到一位置，在位置处从动本体经由联接结构在物体上施加力，使得力抵消作用在物体上的相反的力，并且反作用力机构将物体的部分保持在期望位置。本发明专利技术还涉及结合有这种反作用力机构的机加工轴和机加工工具，以及它们的操作方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及反作用力机构，其用于在物体上施加力，以将该物体保持在期望位置。在一种实施方式中，本专利技术涉及机加工轴，该机加工轴包括用于抵消作用在机加工轴的运动部件上的力的装置。根据另一个方面，其能够应用于机加工工具的支撑件。
技术介绍
机加工工具可以包括机加工轴，所述机加工轴布置成使得工具和工件能够相对于彼此平移。这种平移可以沿竖直方向、沿具有水平分量和竖直分离的倾斜方向、水平方向或带有沿旋转方向的相对运动而发生。工具或工件可以由轴承载。有时，机加工轴可能受到施加到其上的恒定载荷。例如，用于促动其行进方向具有竖直分量的线性轴的驱动器除了克服摩擦之外，还将处理克服作用在其上的重力所需的力等。相似地，旋转轴可以经受来自例如恒定连续工艺摩擦的恒定载荷。 术语“机加工轴”用来表示这样的装置组件，即其中一个部件相对于另一个被驱动，与诸如运动轴的概念基准轴相对。机加工工具的线性轴上的进给驱动器在传统上结合有高响应伺服马达，该伺服马达联接到螺杆致动器，以驱动竖直轴和水平轴。通常，螺纹具有低螺旋角，这使得驱动器具有高机械性优点。这减小了马达克服摩擦和重力效果所需要的努力。此外，多个螺杆驱动器，尤其是滑动轴承设计(与滚珠螺杆相对)的那些，具有足够的内部摩擦，使得它们是“不可逆的”。也就是，向线性轴施加力不会引起螺杆旋转。这种情况下的优点可在于，当移除驱动马达的动力时，线性轴保持其位置。在螺杆可逆的情况下，通常采用安装在螺杆或马达上的制动器。由于机构中的高机械性优点，所以仅仅需要低的夹持力来将轴保持静止。就机加工工具上的旋转轴而言，驱动器在传统上结合有类似的高响应伺服马达，该伺服马达联接到某些形式的扭矩增大装置，例如蜗轮蜗杆、齿轮组或带驱动器，以提供所需的高机械性优点。这些系统中的许多也是“不可逆的”，但是在它们不是的情况下，与扭矩增大装置的驱动侧联接的制动器将仍需要低的扭矩来夹持该轴。最近，直接马达驱动器的使用已经提高了线性和旋转机器驱动器的精度。这避免了否则可能在传动系中遇到的共振机械接口。它们还可以通过其较宽的带宽伺服系统来提供改进的动态定位能力，以克服非线性效应，例如“粘附-滑动运动”或滞后。然而，直接马达驱动器不具有螺杆驱动器所呈现的不可逆特性，并且具有零机械性优点。直接马达驱动器必须被持续地激发，以克服作用在机加工轴上的力。所得的直接马达驱动器中的抵抗损失引起在工作循环中任何时间都不会回收的加热和能量消耗。当移除驱动动力时，如果要克服这样的力将机加工轴保持就位，那么需要额外的措施。存在多种已知的措施来抵消竖直轴上加载的重力。一个实例是提供平衡滑架，以向竖直轴施加反作用运行力。这可以包括第二竖直轴，带有质量与主轴滑架类似的滑架，通过缆线或链连接到主滑架，该缆线或链在机器的顶部处延伸过带轮系统。当仅仅需要低速度和加速度时，这样的结构能够令人满意地运行，但是在更多的动态应用中会遇到明显的问题。US5, 518，550公开了用于制造半导体装置的台架设备。其包括恒定张力弹簧，以用于消除施加在可竖直运动的台架上的重力。然而，这样的弹簧易于金属疲劳，并且由于弹簧机构中非阻尼共振频率的激发而可能产生动态问题。在一些机加工工具中还通过气动或液压缸提供反向平衡力。然而，来自于气缸密封件的粘附-滑动摩擦，以及由保持气缸内恒定压力的流量控制阀所引起的流量和滞后问题，可能会妨碍准确的控制。另外，当以较高的滑架速度操作时，大量的空气流需求可能也存在问题。本专利技术所涉及的机加工工具的另一个方面是提供用于机加工工具自身的回弹性支撑件。机加工工具通常支撑在振动隔绝足部上，以防止来自地面的振动干扰机器的加工能力，或者反之防止机器产生的震动引起地板振动。用于实现这种隔绝的已知机构涵盖了从柔顺材料的单体到复杂弹簧-阻尼器系统。在这些系统通常提供良好隔绝的同时，它们将具有很小的或不具有支撑刚度，在运动部件移动机器的重心使其倾斜的情况下，这可能会产生问题。 在另一种已知形式的隔绝系统中，支撑件设置为气动加压腔室的形式。感测任何高度变化，并且调节腔室内的压力，以在发生整体运动时保持机器位置。然而，已经发现这样的系统性能是不够的，导致残留倾斜和高度变化。
技术实现思路
本专利技术提供反作用力机构，其用于在物体上施加力，以将该物体保持在期望位置，其包括从动本体；驱动器，所述驱动器用于使所述从动本体运动；回弹性联接结构，所述回弹性联接结构用于将所述从动本体联接到物体的一部分；以及控制结构，所述控制结构布置成将驱动信号输出到所述从动本体驱动器，以便使所述从动本体运动到一位置，在所述位置处所述从动本体经由所述联接结构在所述物体上施加力，使得所述力抵消作用在所述物体上的相反的力，并且所述反作用力机构将所述物体的所述部分保持在所述期望位置。利用这种机构，可以经由回弹性联接结构施加可变修正力，以控制物体的位置，同时避免从动本体(其还可以称为推动器)和物体之间的任何刚性联接。通过在从动本体的定位精度中提供一定程度的公差，在某些应用中，用于施加反作用力的回弹性联接的存在可能是有利的。其还有利的是，减少了物体与其周围环境之间的振动传递。在优选的实施例中，所述反作用力机构能够被构造为在所述物体的所述部分上施加力，以使得所述部分被保持在支撑表面上方预定高度处。例如，回弹性联接结构可以抵靠基部的一部分或机加工工具的床。可以设置传感器，以用于检测所述物体的所述部分从所述期望位置的位移，并且响应于所述位移将信号输出到所述控制结构，从而反作用力机构能够通过调节所施加的反作用力而进行响应，以使所述物体返回到其期望位置。本专利技术还提供用于机加工工具的机加工轴，其包括支撑件，所述支撑件用于支撑工具或工件；支撑件驱动器，所述支撑件驱动器用于使所述支撑件运动；以及如本文所限定的反作用力机构，所述联接结构将所述支撑件与所述从动本体彼此联接，使得所述从动本体能够根据所述支撑件的位置通过所述从动本体驱动器而运动就位，以便经由所述联接结构在所述支撑件上施加力，从而抵消作用在所述支撑件上的力，并且由此将所述支撑件保持在期望位置。在这种构造中，支撑件的位置由相关的驱动器指示。从动本体定位成经由所述联接结构在所述支撑件上施加力，从而抵消作用在所述支撑件上的力。从而，即使当从其驱动器移除动力时，支撑件也保持在期望位置。 回弹性联接结构的特征可以选择成使得通过从动本体施加在支撑件上的力不会改变到超过与第二驱动器相关的定位公差的不可接受的程度。与上述已知的反作用平衡结构相比，这方便了以精确的方式将反作用力施加到支撑件上，而不会增大支撑件的惯量。此夕卜，以可靠和稳健的方式施加该力，而不会显著地影响由第一驱动器确定的支撑件的位置。所述支撑件的运动轴可以线性的或旋转的。优选地，第一驱动器是线性的或旋转的马达驱动器。这在支撑件的定位中提供了高精度水平。联接结构的回弹性意味着，在从动本体采用较低精度驱动器的情况下，从动本体定位的不精确性可以不会对支撑件的位置产生实质性程度的影响。回弹性联接结构可以包括盘簧、某些形式的挠曲件或气体弹簧，或者由物理压缩或张紧提供力的任何其它装置。可以设有阻尼机构，以用于控制或降低支撑件和从动本体的相对速度。在优选实施例中，机加工轴包括安全机构，所述安全机构用于阻止所述支撑件和所述从动本体之间的间距减本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·皮尔斯，T·斯托尔伯尔，
申请(专利权)人：辛涅提克兰迪斯有限公司，
类型：发明
国别省市：