[发明专利]一种多频耦合跨尺度分级微纳结构创成装置

权利要求书

1.一种多频耦合跨尺度分级微纳结构创成装置，其特征在于：后盖板、法兰盘、压电陶瓷片和一体式变幅杆柔性运动机构通过螺杆和螺母串联连接，两个矩形加强块分别通过紧固螺钉与一体式变幅杆柔性运动机构前端固接，以提高柔性运动部分的刚性，两个平行方式配置的带有中心孔的相同压电叠堆驱动器通过螺杆和螺母与一体式变幅杆柔性运动机构装配并预紧，所述的一种多频耦合跨尺度分级微纳结构创成装置，利用超声谐振和非谐振耦合原理，通过配合超精密机床的慢伺服运动，实现多频耦合动作，金刚石刀具安装在一体式变幅杆柔性运动机构装刀位置用于加工；

所述一体式变幅杆柔性运动机构的结构是：

一体式变幅杆柔性运动机构包括变幅杆部分和前端柔性运动部分，变幅杆部分采用大矩形端、圆弧过渡面和小矩形端串联的方式，利用螺杆螺母穿过中心沉头孔与后盖板、法兰盘和压电陶瓷片装配并预紧，基于悬臂梁超声纵振实现刀尖处的纳米级微幅高频振动，小矩形端沿支撑臂对称面左、右两侧均设有两个螺纹孔用于利用螺钉紧固矩形加强块，中间位置沿中心沉头孔上下对称设有两个用于螺杆紧固压电叠堆驱动器的沉头通孔，前端柔性运动部分采用对称并联的设计，利用对称的三个直板形柔性铰链以及椭圆形柔性铰链进行导向，柔性运动部分左右设有两个对称的矩形槽并沿支撑臂长度方向变幅杆小矩形端打通孔，用于螺杆依次穿过变幅杆部分的两个沉头通孔、压电叠堆驱动器中间孔和前端柔性运动部分矩形槽孔，于矩形槽中用螺母进行紧固连接，两支撑臂左右两侧均设有两个用于利用螺钉固定矩形加强块的螺纹孔，所述前端柔性运动部分的前部有用于金刚石刀具安装的装刀基座。

2.根据权利要求1所述的一种多频耦合跨尺度分级微纳结构创成装置，其特征在于：一体式变幅杆柔性运动机构通过线切割一次加工成形，两个压电叠堆驱动器与一体式变幅杆柔性运动机构并联配置，通过给两个压电叠堆驱动器施加带有相位差的同频激励信号可以得到微米或亚微米级低频直线振动或椭圆振动。

3.根据权利要求1所述的一种多频耦合跨尺度分级微纳结构创成装置，其特征在于：两个相同的矩形加强块分别通过两个螺钉和一体式变幅杆柔性运动机构中间变幅杆小矩形端进行固接，分别利用四个螺钉与一体式变幅杆柔性运动机构前端柔性运动部分两支撑臂进行固接，以提高一体式变幅杆柔性运动机构前端的刚性，所述两个矩形加强块中间矩形槽用于两个压电叠堆驱动器信号连接线的导入。

4.根据权利要求1所述的一种多频耦合跨尺度分级微纳结构创成装置，其特征在于：通过对机床导轨、一体式变幅杆柔性运动机构柔性运动部分输入信号和超声部分输入信号的主动调控实现刀尖振动形式的调制，配合机床各运动轴的协调动作实现不同尺度、不同层级的微纳结构表面的创成，通过控制参与加工的驱动方式以及工艺参数，可以实现在平面或自由曲面上高效创成跨尺度分级微结构。