熔融石英微半球谐振陀螺敏感结构曲面壳体的制造装置

专利2025-11-26  4


本申请涉及微机电系统制造,特别是熔融石英微半球谐振陀螺敏感结构曲面壳体的制造装置。


背景技术:

1、陀螺仪作为一种用于检测物体角速度的传感器,是惯性导航系统的核心器件之一,陀螺仪的性能直接影响着惯性导航系统的成本、体积和精度等关键指标。

2、熔融石英微半球谐振陀螺是一种新型的振动式陀螺仪,兼具半球陀螺高精度的性能潜力,同时又具有微机电陀螺体积小、功耗低、成本低等优点。

3、熔融石英微半球谐振陀螺的核心部件之一是敏感结构,其敏感结构的性能指标决定了陀螺的精度上限,加工高性能的熔融石英微半球谐振陀螺敏感结构至关重要。而影响敏感结构性能最重要的是其曲面壳体结构的加工,曲面壳体结构的对称性会影响陀螺最终的频率裂解和阻尼均匀性。因此,制造高对称性、一致性好的敏感结构曲面壳体是实现高性能微半球谐振陀螺的关键基础。

4、现有技术中,提出了利用高温喷灯吹制的方法,成功实现了熔融石英微半球谐振陀螺敏感结构曲面壳体的加工。

5、但是,现有技术缺乏专门的制造装置与设备,加工出的熔融石英微半球谐振陀螺敏感结构曲面壳体存在加工的制造误差,具体表现为陀螺初始频率裂解大,特征频率散布大、一致性较差。


技术实现思路

1、基于此,有必要针对上述技术问题,提供一种熔融石英微半球谐振陀螺敏感结构曲面壳体的制造装置,能够制造高对称性、一致性好的敏感结构曲面壳体,提高熔融石英微半球谐振陀螺的性能。

2、熔融石英微半球谐振陀螺敏感结构曲面壳体的制造装置,包括:安装平台、三轴运动平台、喷灯、车刀、旋转平台、气滑环、真空腔以及石墨模具;

3、三轴运动平台设在安装平台上,且喷灯与车刀同时设在三轴运动平台上,以实现喷灯的对准与点火,并实现车刀的对刀与退刀;

4、石墨模具包括本体、支撑柱以及侧壁;本体为圆形的板状结构,支撑柱为设在本体顶部中央的圆柱形结构,侧壁为设在本体顶部的圆环状结构,且均匀间隔套设在支撑柱的周围,以使支撑柱与侧壁之间形成内腔;侧壁以及内腔底部上均设有沿真空腔轴向方向的通孔,以作为吸附通道,吸附通道与外界真空泵相连,以用于实现抽真空;

5、车刀通过三轴运动平台实现与支撑柱的对刀,并在旋转平台旋转时依次车削支撑柱和内腔侧壁,以提升支撑柱和内腔侧壁与旋转平台的同轴度;

6、旋转平台设在安装平台上,底部通过气滑环与外界真空泵相连,顶部通过真空腔与石墨模具相连,以使石英片在石墨模具的支撑、旋转平台的旋转以及真空负压的吸附下逐渐变形。

7、在一个实施例中,旋转平台包括:主轴、电机以及固定架;

8、所述主轴设在所述固定架上,所述主轴中设有空腔,以用于形成真空负压;

9、所述电机设在所述固定架上,且与所述主轴相连,以驱动所述主轴旋转;

10、所述固定架与气滑环以及真空腔相连,且所述固定架的外侧中部位置固定在安装平台上。

11、在一个实施例中,固定架包括:安装座、前端盖、后端盖以及后封盖;

12、前端盖设在固定架的顶部,且通过主轴与真空腔相连;

13、后端盖设在固定架的底部;

14、安装座的两端分别与前端盖以及后端盖相连,并形成固定架的侧部,且安装座与电机相连;

15、后封盖设在后端盖的底部,以与气滑环相连。

16、在一个实施例中,旋转平台还包括:冷却通道;

17、所述冷却通道设在所述安装座内,所述冷却通道的两端分别与外界冷却机相连。

18、在一个实施例中,气滑环包括:压紧座、螺纹接口、气管快接口;

19、压紧座为中空的壳状结构,且压紧座的顶部与旋转平台的底部相连;

20、螺纹接口设在压紧座的顶端,以与旋转平台的主轴相连;

21、气管快接口设在压紧座的底端,以通过抽气管与外界真空泵相连。

22、在一个实施例中,还包括:冷却装置;

23、冷却装置的顶部与真空腔相连,底部与旋转平台相连。

24、在一个实施例中,冷却装置包括:冷却水箱以及冷却水旋转盖板;

25、冷却水箱的底部与旋转平台的顶部相连,冷却水箱上设有冷却水进口以及冷却水出口,均与外界冷却机相连;

26、冷却水旋转盖板覆盖冷却水箱的顶部开口,并与真空腔相连。

27、在一个实施例中,真空腔为回转体结构,包括:腔体、第一安装孔、第二安装孔以及第三安装孔;

28、腔体包括从上到下依次相叠的第一部分、第二部分以及第三部分;

29、第一部分上设有第一安装孔,第一安装孔与石墨模具相连;

30、第二部分上设有第二安装孔,第二安装孔与冷却装置相连;

31、第三部分上设有第三安装孔,第三安装孔与旋转平台的主轴相连。

32、在一个实施例中,还包括:温度传感器以及温度传感器支架;

33、温度传感器设在温度传感器支架上,且与石墨模具之间具有间隔;

34、温度传感器支架设在安装平台上。

35、在一个实施例中,三轴运动平台包括:x轴运动平台、y轴运动平台、z轴运动平台、固定座以及安装架;

36、x轴运动平台、y轴运动平台、z轴运动平台以及固定座依次相连,且固定座设在安装平台上;

37、安装架与x轴运动平台或y轴运动平台相连,喷灯以及车刀设在安装架上。

38、上述熔融石英微半球谐振陀螺敏感结构曲面壳体的制造装置,针对旋转对称式的熔融石英微半球谐振陀螺敏感结构曲面壳体,设计了依次相连的气滑环、旋转平台、真空腔、石墨模具以及冷却装置,并设计了喷灯和车刀,在曲面壳体吹制加工前,通过对刀车削,提升石墨模具的支撑柱、内腔侧壁(即内圆柱面)与旋转平台主轴的同轴度,在高温加热过程中,通过冷却装置,保证旋转平台与石墨模具的稳定性,有效提升了曲面壳体结构的对称性和一致性。相较于现有技术中高温喷灯软化加工方案,本申请可对石墨模具进行加工前的修正,提升石墨模具本身与旋转平台的同轴度,并通过冷却装置与温度传感器调节石墨模具与旋转平台的温度,从而能够显著提升敏感结构曲面壳体的对称性和一致性,可有效抑制微半球谐振陀螺敏感结构初始频率裂解,提升陀螺特征频率一致性。



技术特征:

1.熔融石英微半球谐振陀螺敏感结构曲面壳体的制造装置,其特征在于,包括:安装平台、三轴运动平台、喷灯、车刀、旋转平台、气滑环、真空腔以及石墨模具;

2.根据权利要求1所述的熔融石英微半球谐振陀螺敏感结构曲面壳体的制造装置,其特征在于,旋转平台包括:主轴、电机以及固定架;

3.根据权利要求2所述的熔融石英微半球谐振陀螺敏感结构曲面壳体的制造装置,其特征在于,固定架包括:安装座、前端盖、后端盖以及后封盖;

4.根据权利要求3所述的熔融石英微半球谐振陀螺敏感结构曲面壳体的制造装置,其特征在于,旋转平台还包括:冷却通道;

5.根据权利要求1至4任一项所述的熔融石英微半球谐振陀螺敏感结构曲面壳体的制造装置,其特征在于,气滑环包括:压紧座、螺纹接口、气管快接口;

6.根据权利要求1至4任一项所述的熔融石英微半球谐振陀螺敏感结构曲面壳体的制造装置,其特征在于,还包括:冷却装置;

7.根据权利要求6所述的熔融石英微半球谐振陀螺敏感结构曲面壳体的制造装置,其特征在于,冷却装置包括:冷却水箱以及冷却水旋转盖板;

8.根据权利要求6所述的熔融石英微半球谐振陀螺敏感结构曲面壳体的制造装置,其特征在于,真空腔为回转体结构,包括:腔体、第一安装孔、第二安装孔以及第三安装孔;

9.根据权利要求1至4任一项所述的熔融石英微半球谐振陀螺敏感结构曲面壳体的制造装置,其特征在于,还包括:温度传感器以及温度传感器支架;

10.根据权利要求1至4任一项所述的熔融石英微半球谐振陀螺敏感结构曲面壳体的制造装置,其特征在于,三轴运动平台包括:x轴运动平台、y轴运动平台、z轴运动平台、固定座以及安装架;


技术总结
本申请属于微机电系统制造技术领域,涉及熔融石英微半球谐振陀螺敏感结构曲面壳体的制造装置,包括:安装平台、三轴运动平台、喷灯、车刀、旋转平台、气滑环、真空腔以及石墨模具;三轴运动平台设在安装平台上,且喷灯与车刀同时设在三轴运动平台上,以实现喷灯的对准与点火,并实现车刀的对刀与退刀;旋转平台设在安装平台上,底部通过气滑环与外界真空泵相连,顶部通过真空腔与石墨模具相连,以使石英片在石墨模具的支撑、旋转平台的旋转以及真空负压的吸附下逐渐变形。采用本申请能够制造高对称性、一致性好的敏感结构曲面壳体,提高熔融石英微半球谐振陀螺的性能。

技术研发人员:吴学忠,肖定邦,席翔,卢坤,张勇猛,李青松,石岩,孙江坤
受保护的技术使用者:中国人民解放军国防科技大学
技术研发日:
技术公布日:2024/7/25
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