[发明专利]反作用力机构及其操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及反作用力机构，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，本发明涉及机加工轴，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。

背景技术

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。

本发明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。

发明内容

本发明提供反作用力机构，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