[發明專利]一種壓電陶瓷驅動的大行程恒力快刀伺服裝置

在審

• 申請號: 202011271772.0
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112388370A
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 張勇;魯帥帥;閆鵬
• 申請（專利權）人: 山東大學日照智能制造研究院
• 主分類號: B23Q5/22
• 分類號: B23Q5/22
• 代理公司: 濟南鼎信專利商標代理事務所(普通合伙) 37245
• 代理人: 賈國浩

本發明公開了一種壓電陶瓷驅動的大行程恒力快刀伺服裝置，主要涉及快刀伺服系統領域；包括固定底座、刀具、柔性刀架，所述柔性刀架的頂部設有刀具座，所述刀具座的上部對稱設有斜向下延伸的柔性板簧負剛度機構，所述柔性板簧負剛度機構的下側水平設有柔性板簧正剛度機構，所述刀具座的底部對稱設有次級杠桿放大機構，所述次級杠桿放大機構的底部設有初級杠桿放大機構，兩個所述初級杠桿放大機構之間設有連接底座，所述連接底座的下側設有壓電陶瓷，柔性刀架上設有與壓電陶瓷相適應的壓電陶瓷安裝孔；本發明實現了快刀伺服裝置的恒力輸出，同時整體柔性機構采取對稱式解耦設計，消除了寄生位移，提高了加工精度。

技術領域

本發明涉及快刀伺服系統領域，具體是一種壓電陶瓷驅動的大行程恒力快刀伺服裝置。

背景技術

光學自由曲面元件、微結構陣列、非圓截面零件等新型復雜曲面元件在航空航天、光纖通訊、精密儀器、國防工業等領域得到廣泛應用。基于此類元件的復雜曲面，傳統的加工技術無法滿足其高效高精密的加工，而超精密快刀伺服技術由于具有高精度、高頻響的特點，成為加工具有復雜曲面零件的關鍵技術。

快刀伺服技術依靠柔性機構變形來輸出刀具的位移，在光學自由曲面元件等復雜元件的高精密加工過程中需要保證恒定的切削力與輸出位移，保證了加工零件表面的相對誤差與粗糙度。發明人發現，在現有技術中公開了一種恒力快刀伺服設備，該設備采用音圈電機作為驅動機構，能在滿足輸出端恒力的同時，實現大行程的快刀伺服加工要求。但由于音圈電機存在著質量較大、輸出力較小等問題，導致快刀伺服裝置不夠緊湊，系統響應頻率較低。

壓電陶瓷具有高剛度，小質量，大輸出力的特點，采用壓電陶瓷作為快刀伺服系統的驅動元件可以有效的簡化結構，同時提高系統的響應頻率。然而由于壓電陶瓷的輸出位移過小，無法滿足快刀伺服系統的行程要求。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術中存在的問題，提供一種壓電陶瓷驅動的大行程恒力快刀伺服裝置，本發明以壓電陶瓷作為驅動元件，通過二級杠桿放大機構實現壓電陶瓷位移的放大，并在杠桿機構的末端串聯由正負剛度機構并聯的恒力機構，實現了快刀伺服裝置的恒力輸出，同時整體柔性機構采取對稱式解耦設計，消除了寄生位移，提高了加工精度。

本發明為實現上述目的，通過以下技術方案實現：

一種壓電陶瓷驅動的大行程恒力快刀伺服裝置，包括固定底座、刀具、柔性刀架，所述柔性刀架的頂部設有刀具座，所述刀具座的上部對稱設有斜向下延伸的柔性板簧負剛度機構，所述柔性板簧負剛度機構的下側水平設有柔性板簧正剛度機構，所述柔性板簧正剛度機構、柔性板簧負剛度機構遠離刀具座的一端均與柔性刀架連接，所述刀具座的底部對稱設有次級杠桿放大機構，所述次級杠桿放大機構的底部設有初級杠桿放大機構，所述次級杠桿放大機構、初級杠桿放大機構均位于柔性刀架的架體的內側，兩個所述初級杠桿放大機構之間設有連接底座，所述連接底座的下側豎直設有壓電陶瓷，所述柔性刀架上設有與壓電陶瓷相適應的壓電陶瓷安裝孔。

優選的，所述固定底座的橫截面呈L型，所述柔性刀架通過螺絲安裝在固定底座的L型安裝位中。

優選的，所述刀具座的上部的外壁上設有與刀具相適應的安裝位，所述刀具與刀具座之間通過螺栓連接。

優選的，所述固定底座上設有與壓電陶瓷相適應的預緊機構。

優選的，所述預緊機構為預緊螺栓。

優選的，所述柔性板簧正剛度機構、柔性板簧負剛度機構中的柔性鉸鏈均采用直圓鉸鏈。

對比現有技術，本發明的有益效果在于：

1、本發明的驅動元件采用壓電陶瓷，具有高剛度、大輸出力、小質量的特點，有效的簡化了快刀伺服裝置的結構，提高了系統的固有頻率；