[发明专利]一种压电陶瓷驱动的大行程恒力快刀伺服装置

说明书

本发明公开了一种压电陶瓷驱动的大行程恒力快刀伺服装置，主要涉及快刀伺服系统领域；包括固定底座、刀具、柔性刀架，所述柔性刀架的顶部设有刀具座，所述刀具座的上部对称设有斜向下延伸的柔性板簧负刚度机构，所述柔性板簧负刚度机构的下侧水平设有柔性板簧正刚度机构，所述刀具座的底部对称设有次级杠杆放大机构，所述次级杠杆放大机构的底部设有初级杠杆放大机构，两个所述初级杠杆放大机构之间设有连接底座，所述连接底座的下侧设有压电陶瓷，柔性刀架上设有与压电陶瓷相适应的压电陶瓷安装孔；本发明实现了快刀伺服装置的恒力输出，同时整体柔性机构采取对称式解耦设计，消除了寄生位移，提高了加工精度。

技术领域

本发明涉及快刀伺服系统领域，具体是一种压电陶瓷驱动的大行程恒力快刀伺服装置。

背景技术

光学自由曲面元件、微结构阵列、非圆截面零件等新型复杂曲面元件在航空航天、光纤通讯、精密仪器、国防工业等领域得到广泛应用。基于此类元件的复杂曲面，传统的加工技术无法满足其高效高精密的加工，而超精密快刀伺服技术由于具有高精度、高频响的特点，成为加工具有复杂曲面零件的关键技术。

快刀伺服技术依靠柔性机构变形来输出刀具的位移，在光学自由曲面元件等复杂元件的高精密加工过程中需要保证恒定的切削力与输出位移，保证了加工零件表面的相对误差与粗糙度。发明人发现，在现有技术中公开了一种恒力快刀伺服设备，该设备采用音圈电机作为驱动机构，能在满足输出端恒力的同时，实现大行程的快刀伺服加工要求。但由于音圈电机存在着质量较大、输出力较小等问题，导致快刀伺服装置不够紧凑，系统响应频率较低。

压电陶瓷具有高刚度，小质量，大输出力的特点，采用压电陶瓷作为快刀伺服系统的驱动元件可以有效的简化结构，同时提高系统的响应频率。然而由于压电陶瓷的输出位移过小，无法满足快刀伺服系统的行程要求。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种压电陶瓷驱动的大行程恒力快刀伺服装置，本发明以压电陶瓷作为驱动元件，通过二级杠杆放大机构实现压电陶瓷位移的放大，并在杠杆机构的末端串联由正负刚度机构并联的恒力机构，实现了快刀伺服装置的恒力输出，同时整体柔性机构采取对称式解耦设计，消除了寄生位移，提高了加工精度。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种压电陶瓷驱动的大行程恒力快刀伺服装置，包括固定底座、刀具、柔性刀架，所述柔性刀架的顶部设有刀具座，所述刀具座的上部对称设有斜向下延伸的柔性板簧负刚度机构，所述柔性板簧负刚度机构的下侧水平设有柔性板簧正刚度机构，所述柔性板簧正刚度机构、柔性板簧负刚度机构远离刀具座的一端均与柔性刀架连接，所述刀具座的底部对称设有次级杠杆放大机构，所述次级杠杆放大机构的底部设有初级杠杆放大机构，所述次级杠杆放大机构、初级杠杆放大机构均位于柔性刀架的架体的内侧，两个所述初级杠杆放大机构之间设有连接底座，所述连接底座的下侧竖直设有压电陶瓷，所述柔性刀架上设有与压电陶瓷相适应的压电陶瓷安装孔。

优选的，所述固定底座的横截面呈L型，所述柔性刀架通过螺丝安装在固定底座的L型安装位中。

优选的，所述刀具座的上部的外壁上设有与刀具相适应的安装位，所述刀具与刀具座之间通过螺栓连接。

优选的，所述固定底座上设有与压电陶瓷相适应的预紧机构。

优选的，所述预紧机构为预紧螺栓。

优选的，所述柔性板簧正刚度机构、柔性板簧负刚度机构中的柔性铰链均采用直圆铰链。

对比现有技术，本发明的有益效果在于：

1、本发明的驱动元件采用压电陶瓷，具有高刚度、大输出力、小质量的特点，有效的简化了快刀伺服装置的结构，提高了系统的固有频率；