[實用新型]一種基于柔性鉸鏈技術的壓電致動橢圓振動器

有效

• 申請號: 201821124533.0
• 申請日: 2018-07-17
• 公開（公告）號: CN208991184U
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 葉凱欣;劉綺;宋逸凡;朱志偉
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 張祥

本實用新型涉及一種基于柔性鉸鏈技術的壓電致動橢圓振動器，包括三組振動體、位于三組振動體下方的刀架和位于刀架下方的刀具，三組振動體兩兩之間呈120°分布和連接，三自由度柔性鉸鏈機構包括矩形中間柔性體、位于所述中間柔性體上方的與單自由度柔性鉸鏈組下表面連接的雙自由度上柔性鉸鏈以及位于中間柔性體下方的與刀架上表面連接的雙自由度下柔性鉸鏈，其中雙自由度上柔性鉸鏈的垂直中心軸線位于中間柔性體的左半側，雙自由度下柔性鉸鏈的垂直中心軸線位于中間柔性體的右半側。本實用新型利用柔性機構來創成橢圓運動，屬于一體式結構，易于制造，且極大地減小了由于裝配造成的誤差，也可以避免振動沖擊、摩擦、磨損等缺陷。

技術領域

本實用新型屬于超精密切削加工技術領域，涉及一種基于柔性鉸鏈技術的壓電致動橢圓振動器。

背景技術

隨著航空航天、納米和微電子等領域相關技術的飛速發展，對如V-槽等微米級并具有特殊機械特性的微結構元件的需求日益提高，相應地，對其精密加工技術的要求也大幅度提高。而傳統的加工方法已經無法滿足微結構加工技術的工業需求。因此，激光加工、電化學加工、一維振動切削等加工技術相繼被提出。但是這些技術的應用也受到如工件表面熱變形、加工效率低、成本昂貴等一些限制，從而使其實際應用受到限制。

傳統機構通過剛性運動副的轉動或移動而獲得所期望的運動和力的輸出，而大量運動副的使用不僅存在振動沖擊、摩擦、磨損等不利因素，同時其本身的制作需要很多復雜工藝并生產很多零件，花大量人力、物力來裝配，再加上尺寸效應的存在，傳統的運動副中零件多，不可能做得很小。然而，機構和機器人等的微型化是目前機械領域的重要方向之一，傳統機構給機構的微型化，特別是微型并聯機器人、微機電系統和微傳感器、微定位機械、微操作機械等的發展帶來了限制。

針對以上問題，通過柔性鉸鏈變形產生橢圓軌跡的振動器應運而生，然而現有的通過柔性鉸鏈變形產生橢圓軌跡的振動器普遍存在以下問題：1.容易產生運動耦合，難以控制；2.運動部件的質量較大，難以實現高頻切削，參數調整的范圍有限；3.裝置的穩定性差，使用壽命短。

實用新型內容

本實用新型公開了一種基于柔性鉸鏈技術的壓電致動橢圓振動器，利用柔性鉸鏈的彎曲變形創成橢圓運動，達到高精度的目的。

實現本實用新型目的的技術解決方案為：

一種基于柔性鉸鏈技術的壓電致動橢圓振動器，所述振動器包括三組振動體、位于所述三組振動體下方的刀架和位于所述刀架下方的刀具，所述三組振動體兩兩之間呈120°分布和連接，每組振動體包括位于振動體上部的壓電陶瓷、與所述壓電陶瓷下表面連接的單自由度柔性鉸鏈組以及與單自由度柔性鉸鏈組下表面連接的至少一個三自由度柔性鉸鏈機構，所述三自由度柔性鉸鏈機構包括矩形中間柔性體、位于所述中間柔性體上方的與單自由度柔性鉸鏈組下表面連接的雙自由度上柔性鉸鏈以及位于所述中間柔性體下方的與所述刀架上表面連接的雙自由度下柔性鉸鏈，其中所述雙自由度上柔性鉸鏈的垂直中心軸線位于所述中間柔性體的左半側，所述雙自由度下柔性鉸鏈的垂直中心軸線位于所述中間柔性體的右半側。

進一步地，每組振動體包括4個三自由度柔性鉸鏈機構。

進一步地，所述雙自由度上柔性鉸鏈和雙自由度下柔性鉸鏈均為中心對稱的雙曲線形。

進一步地，所述刀架為圓盤狀。

本實用新型具有以下有益效果：

(1)在刀具與工件相互分離的運動過程中，切削熱得以散發，切屑得以與工件和刀具分離，這有利于提高工件的表面質量，延長刀具的使用壽命；

(2)通過對驅動信號的幅值、頻率和相位的調整，能夠產生三維的空間橢圓運動，實現復雜形狀的加工，同時驅動信號之間互不干擾，不產生耦合，利于控制與調整；

(3)共有三組振動體來創成運動，其排列方式易于增強裝置及運動的穩定性，且通過運動的合成性質，利于達到行程大的目標；