[發明專利]一種三自由度超聲振動輔助加工精密定位平臺

有效

• 申請號: 201810588285.3
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108561700B
• 公開（公告）日: 2020-03-06
• 發明（設計）人: 馬越;田延嶺;王福軍;盧康康;張大衛
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: F16M11/04
• 分類號: F16M11/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉玥

本發明公開了一種三自由度超聲振動輔助加工精密定位平臺，采用電火花線切割技術進行加工，減少了機械上的裝配；采用四個對稱式柔性差動放大機構并聯，從而實現動平臺在XY平面內高精度的平動，串聯橋式放大機構實現Z方向的平動；大平臺串聯一小平臺，使用高頻壓電陶瓷片提供平面內的超聲振動；精密定位平臺結構緊湊，能夠使平臺具有較高的固有頻率；采用對稱式柔性機構能夠消除機構傳動所造成的耦合誤差；采用差動放大機構和橋式放大機構具有比較大的位移放大比，使得動平臺在X向、Y向、Z向平動具有較大的行程；與橋式機構相連的四組平行片狀柔性鉸鏈機構能夠實現精密定位平臺對動平臺X向平動和Y向平動的解耦，提高了動平臺的運動精度。

技術領域

本發明涉及微納制造領域，特別涉及一種三自由度超聲振動輔助加工精密定位平臺。

背景技術

隨著科學技術的發展，微納技術得到迅速的發展，帶有納米精度的復雜微納結構需求越來越廣泛，為了獲得更高的加工速度及加工精度,而將超聲振動運用到微納加工過程中，目前超聲振動輔助加工平臺較少，特別是具備三自由度運動性能的超聲振動微動平臺。目前，大多數超聲振動輔助加工平臺行程較小且無法實現立體加工，無法滿足加工要求。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種具有X向平動、Y向平動和Z向平動三自由度、高精度、具有超聲振動功能的三自由度超聲振動輔助加工精密定位平臺。

本發明所采用的技術方案是：一種三自由度超聲振動輔助加工精密定位平臺，為X軸、Y軸軸對稱結構，包括大平臺和小平臺，所述大平臺的中央串聯所述小平臺，所述小平臺的底部與橋式放大機構串聯；

所述橋式放大機構的外周側沿X向、Y向對稱連接有4個對稱式差動放大機構，沿X向布置的2個所述對稱式差動放大機構的其中一個所述對稱式差動放大機構的前端設置有實現所述橋式放大機構帶動所述小平臺X向平動的第一壓電陶瓷驅動器，沿Y向布置的2個所述對稱式差動放大機構的其中一個所述對稱式差動放大機構的前端設置有實現所述橋式放大機構帶動所述小平臺Y向平動的第二壓電陶瓷驅動器；所述橋式放大機構的內部沿Z向設置有實現所述小平臺Z向平動的第三壓電陶瓷驅動器；

所述小平臺包括動平臺，所述動平臺的四周側X向、Y向對稱設置有4個柔性鉸鏈機構，沿X向布置的2個所述柔性鉸鏈機構的其中一個所述柔性鉸鏈機構的前端設置有實現所述動平臺X向高頻振動的第一高頻壓電陶瓷片，沿Y向布置的2個所述柔性鉸鏈機構的其中一個所述柔性鉸鏈機構的前端設置有實現所述動平臺Y向高頻振動的第二高頻壓電陶瓷片。

進一步的，所述對稱式差動放大機構包括第一可動橫梁、第二可動橫梁、第一傳力連桿、第三可動橫梁、平行片狀柔性鉸鏈機構、第四可動橫梁和第二傳力連桿；所述第一可動橫梁與所述第一壓電陶瓷驅動器或所述第二壓電陶瓷驅動器的壓電陶瓷接觸面為可動的半圓形，所述第一壓電陶瓷驅動器或所述第二壓電陶瓷驅動器一側通過預緊螺栓預緊、并與所述大平臺的基體接觸，所述第一壓電陶瓷驅動器或所述第二壓電陶瓷驅動器的輸出端與第一可動橫梁接觸；所述第一可動橫梁分別與所述第二可動橫梁和所述第二傳力連桿連接；所述第二可動橫梁與所述大平臺的基體連接，所述第二可動橫梁的輸出端與所述第一傳力連桿連接；所述第一傳力連桿的另一端與所述第三可動橫梁連接；所述第二傳力連桿的末端與所述第四可動橫梁連接，所述第四可動橫梁與所述第三可動橫梁連接，所述第三可動橫梁的輸出末端通過所述平行片狀柔性鉸鏈機構與所述橋式放大機構連接。

其中，所述平行片狀柔性鉸鏈機構包括兩個平行的片狀柔性鉸鏈，平行的所述片狀柔性鉸鏈的一側與所述橋式放大機構連接、另一側與所述第三可動橫梁的輸出末端連接，實現精密定位平臺對小平臺X向平動和Y向平動的解耦。

進一步的，所述橋式放大機構包括2根豎梁、2根橫梁、輸出臺；一根所述豎梁與所述第三壓電陶瓷驅動器的接觸面為可動的半圓形，另一根所述豎梁通過預緊螺栓預緊、并與所述第三壓電陶瓷驅動器接觸；2根所述豎梁另一端分別與2根所述橫梁連接；2根所述橫梁的另一端均與所述輸出臺連接。