Приборы и техника эксперимента, 2019, № 4, стр. 114-115

Процессы и исследования, связанные с чистыми и особо чистыми материалами, например с полупроводниками, проводят в вакуумных камерах (давление до 1 · 10^–6 Торр) или в атмосфере инертного газа, например аргона высокой чистоты.

В некоторых случаях, например плавление с последующей кристаллизацией материала, требуется вращение и перемещение контейнера с материалом с высокой точностью и в широком диапазоне скоростей.

Нами разработан, изготовлен и прошел длительные испытания привод вращения и перемещения штока, отвечающий этим требованиям. Особенностью привода является кинематическая схема с симметричным относительно оси штока, попарным расположением цилиндрических направляющих и ходовых винтов, что полностью исключает появление изгибающих моментов на них. Высокую точность перемещения и широкий диапазон скоростей (перемещение 0.05–100 мм/мин, вращение 0.2–30 оборотов/мин и позиционирование с точностью ±0.2 мм на всей длине перемещения штока) обеспечивают серводвигатели с цифровым управлением, шариковые направляющие и шариковинтовые пары. Надежная герметизация штока привода (вакуум в камере до 1 · 10^–6 Торр) обеспечивается применением пластинчатого сильфона с большим (400 мм) ходом для его перемещения и магнитно-жидкостного вакуумного ввода для вращения. Допускаемая нагрузка на шток 100 кгс. Для возможности работы с материалом при высокой температуре шток выполнен водоохлаждаемым.

Конструкция привода, отвечающая этим требованиям, показана на рис. 1

Рис. 1.

Привод для передачи вращательного и поступательного движения в вакуум. 1 – неподвижная плита; 2 – втулка; 3 – направляющие; 4 – редукторы; 5 – винты; 6 – гайки; 7 – корпус; 8 – сильфон; 9 – кронштейн; 10 – распределительное устройство; 11, 17 – червячные редукторы; 12, 18 – серводвигатели; 13 – подвижная плита; 14 – шариковая втулка; 15 – корпус; 16 – водоохлаждаемый шток; 19 – узел подачи воды; 20 – вакуумный ввод. Размеры даны в миллиметрах.

Привод размещен на массивной плите 1, присоединяемой к фланцу патрубка вакуумной камеры. На плите во втулках 2 закреплены четыре цилиндрических направляющих 3, два редуктора 4 с шариковинтовыми парами (винт 5 и гайка 6), корпус 7. На корпусе закреплен верхний фланец сильфона 8, а также кронштейн 9 с установленным на нем распределительным устройством 10, на котором через червячный редуктор 11 крепится серводвигатель 12. На нижней подвижной плите 13 закреплены четыре шариковые втулки 14, а также гайки 6 шариковинтовой пары. В центре подвижной плиты закреплен корпус 15. В нем на шарикоподшипниках крепится водоохлаждаемый шток 16, который вращается через червячный редуктор 17 серводвигателем 18. На нижнем фланце редуктора крепится узел подачи воды 19 для охлаждения штока. Герметизация штока осуществляется с помощью магнитно-жидкостного вакуумного ввода 20, который позволяет работать при вакууме до 1 · 10^–6 Торр. Нижний фланец сильфона 8 крепится к вакуумному вводу 20. Совместная обработка всех посадочных отверстий плиты 1 и плиты 13 гарантирует высокое качество сборки.

Испытания привода подтвердили требуемые высокую точность и стабильность вращения и перемещения штока, а также надежную, безотказную работу всех узлов конструкции.