[发明专利]基于桥式柔性铰链的高频超精密加工车床刀架驱动平台

说明书

技术领域

本发明是一种用于快速刀架伺服系统（FTS）中的压电陶瓷放大机构中的高频超精密加工车床刀架驱动平台，特别是一种基于桥式柔性铰链的高频超精密加工车床刀架驱动平台，属于高频超精密加工车床刀架驱动平台的创新技术。

背景技术

作为精密机械与精密仪器关键技术之一，加工过程在高频高加速时的微位移技术随着光电通讯、微电子、宇航军工和生物工程等学科的发展而迅速发展。以压电陶瓷驱动的柔性铰链的车床刀架驱动平台具有体积小无摩擦损失、无间隙、无润滑、易于加工制造、运动平稳和分辨率高等优点，无需维修直到过载或疲劳原因产生失效为止。该技术被广泛应用在微位移工作平台过程中。

1978年，E.SCIRE等人首先采用基于柔性铰链的导向机构和压电陶瓷驱动器设计了用于航天领域的微操作工作台。该平台具有结构紧凑，不需要润滑、无间隙、位移分辨率高等优点。设计尺寸为100mm×100mm×20mm，具有1nm的位移分辨率和50μm的位移行程。1991年，K.NISHIMURA等人利用杠杆原理在单平行四杆机构的基础上，设计了一种用于扫描隧道显微镜的微位移机构，在获得了0.1nm的位移分辨率的同时，具有7.8μm的微行程。2002年，哈尔滨工业大学孙立宁教授设计了一种用于光学调整的二维微位移平台。由于在X、Y二维方向均采用压电陶瓷驱动器直接驱动，因而该平台存在较大的维间耦合作用。

北京航空航天大学的宗光华教授将两个Roberts柔性机构并联在一起，设计了一种直线型微操作平台，该平台可以在毫米级的行程上保证垂直运动方向上的偏差小于1μm，该直线型导向机构及其原理图。

平面3自由度并联微操作平台是加拿大Saskatchewan大学于2002年研制的，该3-RRR微位移平台采用3个均匀布置的压电陶瓷驱动器作为激励器，采用杠杆式放大机构作为运动支链。该平台可以实现77.28μm和71.02μm的平移运动以及2.16mrad的旋转运动。当采用精度高于0.01μm的压电陶瓷激励器驱动时，微操作平台的终端执行器的定位精度分别为13.2nm、3.4nm和0.6μrad。

2004年，一种用于光纤对接的HexFlex平面式六轴纳米级并联微操作平台在美国麻省理工学院诞生。该平台采用磁电式激励器驱动，在100nm×100nm×100nm的工作空间内，其终端执行器的定位精度在5nm以下；当工作空间大于上述范围时，终端执行器的定位误差不大于最大工作行程的0.2%。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种解决加工超精密微纳结构时的高频响、小行程，有时伴有耦合运动的问题的基于桥式柔性铰链的高频超精密加工车床刀架驱动平台。本发明设计巧妙，方便实用。

本发明的技术方案是：本发明的基于桥式柔性铰链的高频超精密加工车床刀架驱动平台，包括有桥式柔性铰链、压电陶瓷拉杆、压电陶瓷、X轴金刚石刀片，其中利用设有缺口能在外力的作用下实现微位移运动的桥式柔性铰链固定在车床的工作平台上，压电陶瓷的两端及压电陶瓷拉杆的两端均装设在桥式柔性铰链的Y方向的相对两边，且压电陶瓷拉杆的设有钩头的一端卡在压电陶瓷的端部与桥式柔性铰链之间，且通过连接件固定在桥式柔性铰链上，X轴金刚石刀片固定在桥式柔性铰链的X方向的活动端，桥式柔性铰链的X方向的活动端A固定在桥式柔性铰链的X方向的一端，桥式柔性铰链的X方向的另一固定端固定在桥式柔性铰链的X方向的另一端，桥式柔性铰链的固定端固定在车床的工作平台上。

上述X轴金刚石刀片通过刀具固定板固定在刀柄上，刀柄通过连接件固定在桥式柔性铰链上。

上述桥式柔性铰链的固定端通过连接件固定在车床的工作平台上。

上述压电陶瓷装设在桥式柔性铰链的Y轴上，金刚石刀片装设在X轴上。

上述压电陶瓷拉杆的设有钩头的一端与桥式柔性铰链之间的间隙为0.5～3mm。

上述桥式柔性铰链所设的缺口为直角缺口。

本发明由于采用利用压电陶瓷进行驱动、柔性铰链作为整个高频超精密加工车床刀架驱动平台的基本组件的结构，本发明利用桥式对称分布的原理，体积小、无机械摩擦、无间隙、运动灵敏性高、没有磁滞现象、生热少、不需要润滑，且利用柔性铰链的回弹性，有助于加快压电陶瓷的回程速度。本发明结构新颖，可以实现高频响、高加速度、高精度的加工要求。本发明是一种结构新颖、简单，实现高精度、高放大倍数、无耦合性的方便实用的基于桥式柔性铰链的高频超精密加工车床刀架驱动平台。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；