[实用新型]一种压电驱动三维椭圆微进给运动平台

说明书

技术领域

本实用新型属于超精密切削加工以及难加工材料复杂光学零件加工技术领域，特 别是涉及一种压电驱动三维椭圆微进给运动平台。

背景技术

精密、超精密加工技术是适应现代高技术发展需要而发展起来的先进制造技术。 它综合现代电子技术、测量技术和计算机技术等，是尖端技术产品发展中不可缺少的关键 环节,更是机械制造业中最重要的组成部分之一。它不论是在国防军事工业的发展中，还是 在国民经济的建设中都有其极其广泛的应用前景。

高精度、高分辨率的精密微进给系统在近代尖端工业生产和科学研究领域内占有 极其重要的地位。它是直接影响精密、超精密切削加工水平、精密测量水平及超大规模集成 电路生产水平的关键环节。同时它的各项技术指标是各国高技术发展水平的重要标志。所 以对开展精密进给系统的研究是十分迫切的,有十分重要的现实意义。有利于缩小与先进 国家同行业的差距,促进我国精密仪器仪表、精密超精密加工水平的提高。微进给技术可应 用到各种微小零部件及模具的切削加工、可应用于各种微腔模具的铣削加工、可应用于电 子元器件的加工(例如硅晶片的加工)、可应用于航空航天精密钦合金结构件的加工等,具 有很大的市场及应用领域,有利于推动我国制造技术的发展,促进我国纳米技术方面的研 究。

国内外大量科技工作者多年来致力于微进给技术的研究,使微进给技术取得了长 足的发展。微进给的实现方法多种多样，主要分为机械式和机电式两大类。机械传动采用精 密传动装置或增加减速装置的方法,这只是一种改良的办法，它不能克服机械机构中存在 的摩擦、间隙、运动中爬行及分辨率不高等问题。因此实现高精度的微进给非常困难,效果 也不理想。采用弹性变形的方式虽没有磨擦、间隙和爬行，但只能工作在低频状态，且由于 弹性机构需要外力驱动，在大多数情况下不便于控制。

近年来,柔性铰链已成为炙手可热的话题，由于其体积小、无机械摩擦、无间隙且 运动灵敏度高已成为提高精密、超精密加工进给精度的一个重要方面，开创了工作台进入 纳米级的新时代。

以压电陶瓷为驱动器件的微进给技术是超精密加工中普遍使用的技术。美国3L试 验室(LaurenceLivermoreNationLaboratory)早在1975年就成功地将该技术应用在超 精密金刚石车床横向进给机构中。1984年日本人E.Kouno设计了用于加工误差伺服补偿的 微进给系统。1985年美国3L试验室S.R.Patterson与他人合作研制成功了快速伺服刀架，主 要用于提高超精密车床的进给分辨率和精度。1990年日本人Y.Okazaki发表文章介绍了一 种新型的微进给刀架,其结构较新颖，有较好的性能。1991年美国人ThomasA.Dowrj提出了 一种用于加工无旋转对称中心表面的快速刀架，该刀架优点是有较高频响速度，Thomas A.Dowrj认为刀架运动部件的质量和刀架刚度是影响频响速度的主要因素，该刀架开环频 响速度好于2KHz。我国80年代也开始了利用压电陶瓷驱动微量进给技术的研究。1985年长 沙国防科技大学研制了压电陶瓷车削微进给系统。哈尔滨工业大学研制的车削用微进给刀 架，采用电致伸缩陶瓷驱动，支承刀头部分是一对弹性膜，其受力状态可简化为双固定端梁 在中间加载，中间部分为刚体，不产生变形。该刀架采用整体化结构设计，结构简单、紧凑， 体积小，易于控制，使用方便。其最大行程为5um，进给分辨率0.02um。

提高机床的进给精度，是目前亟需解决的问题,是适应现代工业加工要求的必然 趋势，对提高现代制造业的竞争力有着重要意义。所以如何在现有机床上提高机床的加工 精度，满足日益增长的加工精度要求，成为制造业的一个核心问题。

发明内容

本实用新型提供一种压电驱动三维椭圆微进给运动平台，从而实现高精度和高分 辨率的超精密切削加工。