[发明专利]基于稀土超磁致伸缩执行器的二维微进给刀架

说明书

技术领域

本发明涉及的是机床误差补偿领域的装置，具体是一种基于稀土超磁致伸缩执行器（GMA）的二维微进给刀架。

背景技术

随着科技的发展，现代高新技术对加工精度的要求越来越高，各类精密和超精密零件的加工对机床的精度提出了越来越苛刻的要求。为了提高加工精度，可以采取的措施有：(1)提高原进给系统的精度和刚度，减小滑动面之间的摩擦力；(2)采用双行程机构，即采用传统的进给系统实现快速的初定位，用高刚度、高分辨率和高响应速度的辅助工件平台实现微量进给。就目前国内机械制造水平以及机械加工的局限性来看，采用第一种措施实现大行程高精度进给和定位还是比较困难的，因此，采用第二种措施，设计一种微进给刀架，将其与现有精密机床通过简单机械机构相联接实现纳米级精度具有很高的可行性，效益显著，应用前景十分广泛。

微动平台(或称微位移机构)是微进给刀架的核心构件，它是指行程小(一般小于mm级) 、灵敏度和精度高(亚μm级～nm级)的机构。传统的机械微位移机构主要有螺旋机构、杠杆机构、楔块凸轮机构以及它们的组合机构，但因机构中存在机械间隙，摩擦磨损以及爬行现象等，所以运动灵敏度和精度都很难达到更高精度。近来，随着新材料的不断出现，人们开始应用电致伸缩及磁致伸缩材料来设计微位移执行器。

吉林大学周晓勤等研制的基于变磁通的两自由度超高频响超精密刀具伺服装置，其技术方案公布在专利号为201455680U的中国发明专利文件中。同时由赵宏伟开发的两自由度车削刀具精密伺服驱动装置，其技术方案公布在200710056317.7的中国发明专利文件中。但是，他们的共同特点是，刀架实现的是一个方向的直线位移以及一个方向的旋转位移，而不能够实现双向的直线位移输出。

发明内容

本发明针对机床现有进给系统精度不足的缺点，提供一种结构简单、响应速度快、输出位移量大且精度高的基于稀土超磁致伸缩执行器的二维微进给刀架。

为了解决上述技术问题，本发明决定采用如下技术方案：

一种基于稀土超磁致伸缩执行器的二维微进给刀架，包括：用于产生横向位移输出的第一微位移执行器、用于产生纵向位移输出的第二微位移执行器及刀架，在刀架上连接有二维微动平台，所述的二维微动平台包括内侧工作台、第二外框及第一外框，所述的第二外框套设在内侧工作台的外部，并且，第二外框与内侧工作台之间设有第一连接装置且第一连接装置的一端与内侧工作台连接，第一连接装置的另一端与第二外框连接，第一外框套设在第二外框的外部，在第一外框与第二外框之间设有第二连接装置且第二连接装置的一端与第二外框连接，第二连接装置的另一端与第一外框连接，所述的第一连接装置采用连接器，第二连接装置也采用连接器，所述的连接器包括连杆在连杆的一端连接有第一柔性铰链，在连杆的另一端连接有第二柔性铰链，所述用于产生横向位移输出的第一微位移执行器及所述的用于产生纵向位移输出的第二微位移执行器分别与第一外框固定，在第一外框上设有横向通孔，第一微位移执行器的输出轴穿过第一外框并与第二外框相抵，在第一外框上还设有第一纵向通孔，在第二外框设有第二纵向通孔，第二微位移执行器的输出轴穿过第一纵向通孔和第二纵向通孔并与内侧工作台相抵，所述第一微位移执行器的输出轴与第二微位移执行器的输出轴垂直，所述刀架连接于二维微动平台的内侧工作台上。

本发明基于稀土超磁致伸缩执行器的二维微动刀架具有以下优点：

1.     本发明具有二维直线微位移输出能力，能够对二维的尺寸误差和形位误差进行补偿，也可进行二维振动切削，较以往的单向输出具有更广的应用范围。微位移执行器与二维微动平台的连接采用滚珠球面与平面接触的方式，有效避免磁致伸缩棒、输出顶杆和二维微动平台三者中心线不同心而引起的受力偏差问题。

2.     本二维微动平台采用镶嵌式两维共面柔性铰链结构，Y向平台完全镶嵌在 X向平台之内，使得两向平台完全位于同一平面内，平台中的柔性铰链式复合四杆机构采用了与平台平行、回转的布局形式，从而克服了两向结构镶嵌后尺寸较大的问题，同时也保证连杆具有一定的长度，使平台能够具有较大的行程。平台结构紧凑。

3.     本微动平台采用基于半圆形柔性铰链的复合式四杆机构来实现X向和Y向的微位移运动，解决了微动平台两向间位移耦合的难题。

4.     二维微动平台上、下侧分别垫以平面滑动轴承片，并用压块压紧，从而既能保证微动平台的自由移动，又能够让系统的刚度得到提升，避免因切削力而导致系统结构变形，提高了系统的精度。