一種大行程三自由度直線式快速刀具伺服裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種大行程三自由度直線式快速刀具伺服裝置，屬于超精密車削以及光學(xué)精密零件車削加工等【技術(shù)領(lǐng)域】，適用于曲率半徑變化較大的自由曲面創(chuàng)成式加工。本實(shí)用新型采用三個(gè)音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)主柔性鉸鏈裝置實(shí)現(xiàn)金剛石刀具在X軸方向、Y軸方向和Z軸方向的高頻往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型涉及的解耦裝置可以實(shí)現(xiàn)將所述的一種大行程三自由度直線式快速刀具伺服裝置在各自由度方向產(chǎn)生的耦合位移控制在納米級(jí)，實(shí)現(xiàn)精密解耦。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型涉及的一種大行程三自由度直線式快速刀具伺服裝置可以實(shí)現(xiàn)多自由度、高頻、大行程往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。
【專利說(shuō)明】一種大行程三自由度直線式快速刀具伺服裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種大行程三自由度直線式快速刀具伺服裝置。適用于超精密車削以及光學(xué)精密零件車削加工等【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)自由曲面具有改善光學(xué)性能、實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化等顯著優(yōu)點(diǎn)，這使得自由曲面光學(xué)零件不僅在航天、航空、國(guó)防等諸多工業(yè)領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，而且在其它面向消費(fèi)者的工業(yè)領(lǐng)域(例如汽車、數(shù)字相機(jī)、移動(dòng)電話、圖像處理、光纖通訊)也有著極其廣泛的應(yīng)用需求。
[0003]自由曲面光學(xué)零件能否成功地應(yīng)用于包括面向消費(fèi)者工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，其關(guān)鍵還在于能否高效精密地創(chuàng)成光學(xué)自由曲面。基于FTS的金剛石車削被國(guó)際學(xué)術(shù)界和工業(yè)界普遍認(rèn)為是一種最有發(fā)展前途的光學(xué)自由曲面創(chuàng)成方法
[0004]現(xiàn)有的大多數(shù)FTS主要還局限于單自由度的FTS和兩自由度FTS，例如沿Z軸往復(fù)移動(dòng)的FTSj^ Y軸往復(fù)擺動(dòng)的FTS和沿X、Z軸兩個(gè)方向的往復(fù)移動(dòng)的FTS，且現(xiàn)有的FTS行程大多為微米級(jí)，這使得現(xiàn)有的FTS不能實(shí)現(xiàn)X軸、Y軸和Z軸的大行程同步往復(fù)運(yùn)動(dòng)，無(wú)法對(duì)曲率半徑變化較大的自由曲面進(jìn)行創(chuàng)成式加工，從而難以實(shí)現(xiàn)以表面形貌自主控制為目標(biāo)的刀具路徑規(guī)劃方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型提供一種大行程三自由度直線式快速刀具伺服裝置，主要用于超精密車削以及光學(xué)精密零件車削加工等【技術(shù)領(lǐng)域】，實(shí)現(xiàn)了金剛石刀具在X軸方向、Y軸方向和Z軸方向的大行程、高頻、往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。
[0006]本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn):左支板、右支板、后支板分別與基座、上蓋板固定連接；后側(cè)板與底座固定連接；上側(cè)板分別與上蓋板、上支板固定連接；主柔性鉸鏈與基座、上蓋板固定連接。
[0007]X向音圈電機(jī)的定子部分與后側(cè)板固定連接，X向音圈電機(jī)的動(dòng)子部分與X向解耦裝置固定連接，X向解耦裝置固定在后支板上，通過(guò)X向解耦臂與主柔性鉸鏈固定連接；y向音圈電機(jī)的定子部分與左支板固定連接，Y向音圈電機(jī)的動(dòng)子部分與主柔性鉸鏈固定連接；ζ向音圈電機(jī)的定子部分與上支板固定連接，ζ向音圈電機(jī)的動(dòng)子部分與ζ向解I禹裝置固定連接，Z向解耦裝置固定在上蓋板上，通過(guò)Z向解耦臂與主柔性鉸鏈固定連接；金剛石刀具固定在主柔性鉸鏈的導(dǎo)向平臺(tái)上。
[0008]所述的三自由度主柔性鉸鏈?zhǔn)且粋€(gè)結(jié)構(gòu)高度對(duì)稱的整體結(jié)構(gòu)，X向?qū)驒C(jī)構(gòu)、Y向?qū)驒C(jī)構(gòu)、Z向?qū)驒C(jī)構(gòu)構(gòu)成一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng),X向?qū)驒C(jī)構(gòu)和Z向?qū)驒C(jī)構(gòu)嵌套在Y向?qū)驒C(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，X向?qū)驒C(jī)構(gòu)嵌套在Z向?qū)驒C(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上；Υ方向部分由外鉸鏈組與主柔性鉸鏈機(jī)體進(jìn)行鉸接，Y向八組導(dǎo)向臂分別與外鉸鏈組和內(nèi)鉸鏈組進(jìn)行鉸接，Y向兩個(gè)運(yùn)動(dòng)支撐臂分別與內(nèi)柔性鉸鏈組進(jìn)行鉸接；ζ方向部分由外鉸鏈組與Y方向運(yùn)動(dòng)支撐臂進(jìn)行鉸接，Z向八組導(dǎo)向臂分別與外鉸鏈組和內(nèi)鉸鏈組進(jìn)行鉸接，Z向兩個(gè)運(yùn)動(dòng)支撐臂分別與內(nèi)柔性鉸鏈組進(jìn)行鉸接；x方向部分由外鉸鏈組與Z方向運(yùn)動(dòng)支撐臂進(jìn)行鉸接，X向八組導(dǎo)向臂分別與外鉸鏈組和內(nèi)鉸鏈組進(jìn)行鉸接，X向?qū)蚱脚_(tái)與內(nèi)柔性鉸鏈組進(jìn)行鉸接。
[0009]所述的X向解耦裝置可對(duì)來(lái)自Y向、Z向?qū)驒C(jī)構(gòu)產(chǎn)生的耦合運(yùn)動(dòng)進(jìn)行高精度解耦，X向解耦裝置的四個(gè)柔性臂分別與后支板固定連接，X向解耦裝置的前解耦臂由兩組柔性鉸鏈組垂直分布構(gòu)成，X向解耦器通過(guò)解耦臂前端與主柔性鉸鏈裝置的X向?qū)蚱脚_(tái)固定連接，后運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向臂與X向音圈電機(jī)動(dòng)子部分固定連接。
[0010]所述的Z向解耦裝置可對(duì)來(lái)自Y向?qū)驒C(jī)構(gòu)產(chǎn)生的耦合運(yùn)動(dòng)進(jìn)行高精度解耦，Z向解耦裝置的四個(gè)柔性臂分別與上蓋板固定連接，Z向解耦裝置的前解耦臂由一組直角切口型柔性鉸鏈組構(gòu)成，Z向解耦裝置通過(guò)解耦臂前端與主柔性鉸鏈裝置的Z運(yùn)動(dòng)支撐臂固定連接，后運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向臂與Z向音圈動(dòng)子部分固定連接。
[0011]本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn):本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)FTS裝置在X軸方向、Y軸方向和Z軸方向皆可獲得毫米級(jí)的大行程運(yùn)動(dòng)，主要適用于具有較大曲率半徑變化的自由曲面金剛石車削創(chuàng)成；本實(shí)用新型涉及的解耦裝置可以實(shí)現(xiàn)將所述的一種大行程三自由度直線式快速刀具伺服裝置在各自由度方向產(chǎn)生的耦合位移控制在納米級(jí)，實(shí)現(xiàn)精密解耦；本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)；本實(shí)用新型涉及的一種大行程三自由度直線式快速刀具伺服裝置可以實(shí)現(xiàn)多自由度、高頻、大行程往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為一種 大行程三自由度直線式快速刀具伺服裝置軸測(cè)圖；
[0013]圖2為一種大行程三自由度直線式快速刀具伺服裝置側(cè)視圖；
[0014]圖3為一種大行程三自由度直線式快速刀具伺服裝置正視圖；
[0015]圖4為一種大行程三自由度直線式快速刀具伺服裝置中主柔性鉸鏈三維結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖5為一種大行程三自由度直線式快速刀具伺服裝置中X方向解耦裝置三維結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖6為一種大行程三自由度直線式快速刀具伺服裝置中Z方向解耦裝置三維結(jié)構(gòu)圖；
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖所示實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型的內(nèi)容以及工作原理進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。
[0019]左支板(3a)、右支板(3b)、后支板(2b)分別與基座(1)、上蓋板(4)固定連接；后側(cè)板(2a)與底座(1)固定連接；上側(cè)板(5al)、(5a2)分別與上蓋板(4)、上支板(5b)固定連接；主柔性鉸鏈(6)與基座(1)、上蓋板(4)固定連接。
[0020]X向音圈電機(jī)⑶的定子部分與后側(cè)板(2a)固定連接，X向音圈電機(jī)⑶的動(dòng)子部分與X向解耦裝置(7)固定連接，X向解耦裝置(7)固定在后支板(2b)上，通過(guò)X向解耦臂與主柔性鉸鏈(6)固定連接；Y向音圈電機(jī)(10)的定子部分與左支板(3a)固定連接，Y向音圈電機(jī)(10)的動(dòng)子部分與主柔性鉸鏈(6)固定連接；Z向音圈電機(jī)(11)的定子部分與上支板(5b)固定連接，Z向音圈電機(jī)(11)的動(dòng)子部分與Z向解耦裝置(12)固定連接，Z向解耦裝置(12)固定在上蓋板⑷上，通過(guò)Z向解耦臂與主柔性鉸鏈(6)固定連接；金剛石刀具(9)固定在主柔性鉸鏈(6)的導(dǎo)向平臺(tái)上。
[0021]所述的三自由度主柔性鉸鏈(6)是一個(gè)結(jié)構(gòu)高度對(duì)稱的整體結(jié)構(gòu)，X向?qū)驒C(jī)構(gòu)、Y向?qū)驒C(jī)構(gòu)、Z向?qū)驒C(jī)構(gòu)構(gòu)成一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)，X向?qū)驒C(jī)構(gòu)和Z向?qū)驒C(jī)構(gòu)嵌套在Y向?qū)驒C(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，X向?qū)驒C(jī)構(gòu)嵌套在Z向?qū)驒C(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上；Y方向部分由外鉸鏈組(6al)與主柔性鉸鏈機(jī)體(6d)進(jìn)行鉸接，Y向八組導(dǎo)向臂(6a3)分別與外鉸鏈組(6al)和內(nèi)鉸鏈組(6a2)進(jìn)行鉸接，Y向兩個(gè)運(yùn)動(dòng)支撐臂(6a4)分別與內(nèi)柔性鉸鏈組(6a2)進(jìn)行鉸接；Z方向部分由外鉸鏈組(6bl)與Y方向運(yùn)動(dòng)支撐臂(6a4)進(jìn)行鉸接，Z向八組導(dǎo)向臂(6b3)分別與外鉸鏈組(6bl)和內(nèi)鉸鏈組(6b2)進(jìn)行鉸接，Z向兩個(gè)運(yùn)動(dòng)支撐臂(6b4)分別與內(nèi)柔性鉸鏈組(6b3)進(jìn)行鉸接；X方向部分由外鉸鏈(6cl)組與Z方向運(yùn)動(dòng)支撐臂(6b4)進(jìn)行鉸接，X向八組導(dǎo)向臂^c3)分別與外鉸鏈組^cl)和內(nèi)鉸鏈組^c2)進(jìn)行鉸接，X向?qū)蚱脚_(tái)(6c4)與內(nèi)柔性鉸鏈組(6c2)進(jìn)行鉸接。
[0022]所述的X向解耦裝置(7)可對(duì)來(lái)自Y向、Z向?qū)驒C(jī)構(gòu)產(chǎn)生的耦合運(yùn)動(dòng)進(jìn)行高精度解耦，X向解耦裝置的四個(gè)柔性臂(7bl、7b2、7b3、7b4)分別與所述的后支板(2b)固定連接，X向解耦裝置(7)的前解耦臂由兩組柔性鉸鏈組(7al、7a2)垂直分布構(gòu)成，X向解耦器通過(guò)解耦臂前端(7c)與所述的主柔性鉸鏈裝置(6)的X向?qū)蚱脚_(tái)(6c4)固定連接，后運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向臂(7d)與所述的X向音圈電機(jī)(8)動(dòng)子部分固定連接。
[0023]所述的Z向解耦裝置(12)可對(duì)來(lái)自Y向?qū)驒C(jī)構(gòu)產(chǎn)生的耦合運(yùn)動(dòng)進(jìn)行高精度解耦，Z向解耦裝置(12)的四個(gè)柔性臂(12bl、12b2、12b3、12b4)分別與所述的上蓋板(4)固定連接，Z向解耦裝置(12)的前解耦臂由一組直角切口型柔性鉸鏈組(12a)構(gòu)成，Z向解耦裝置通過(guò)解耦臂前端(12c)與所述的主柔性鉸鏈裝置(6)的Z向運(yùn)動(dòng)支撐臂(6b4)固定連接，后運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向臂(12d)與所述的Z向音圈(11)動(dòng)子部分固定連接。
【權(quán)利要求】
1.一種大行程三自由度直線式快速刀具伺服裝置，其特征在于:左支板(3a)、右支板(3b)、后支板(2b)分別與基座(1)、上蓋板(4)固定連接；后側(cè)板(2a)與底座(1)固定連接；上側(cè)板(5al)、(5a2)分別與上蓋板(4)、上支板(5b)固定連接；主柔性鉸鏈(6)與基座(1)、上蓋板(4)固定連接，其中主柔性鉸鏈(6)包括Y向外鉸鏈組^al)、Y向內(nèi)鉸鏈組(6a2)、Y向八組導(dǎo)向臂(6a3)、Y向運(yùn)動(dòng)支撐臂(6a4)、Z向外鉸鏈組(6bl)、Z向內(nèi)鉸鏈組(6b2)、Z向八組導(dǎo)向臂(6b3)、Z向運(yùn)動(dòng)支撐臂(6b4)、X向外鉸鏈組(6cl)、X向內(nèi)鉸鏈組(6c2)、X向八組導(dǎo)向臂(6c3)、X向?qū)蚱脚_(tái)(6c4)和主柔性鉸鏈基體(6d) ；X向音圈電機(jī)(8)的定子部分與后側(cè)板(2a)固定連接，X向音圈電機(jī)(8)的動(dòng)子部分與X向解耦裝置(7)固定連接，其中X向解耦裝置(7)包括四個(gè)柔性臂(7bl、7b2、7b3、7b4)、兩組柔性鉸鏈組(7al、7a2)，后運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向臂(7d)，X向解耦臂前端(7c)，X向解耦裝置(7)固定在后支板(2b)上通過(guò)X向解耦臂與主柔性鉸鏈(6)固定連接；Y向音圈電機(jī)(10)的定子部分與左支板(3a)固定連接，Y向音圈電機(jī)(10)的動(dòng)子部分與主柔性鉸鏈(6)固定連接；Z向音圈電機(jī)(11)的定子部分與上支板(5b)固定連接,Z向音圈電機(jī)(11)的動(dòng)子部分與Z向解I禹裝置(12)固定連接，其中Z向解耦裝置包括四個(gè)柔性臂(12bl、12b2、12b3、12b4)、柔性鉸鏈組(12a)、Z向解耦臂前端(12c)、后運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向臂(12d)，Z向解耦裝置(12)固定在上蓋板(4)上通過(guò)Z向解耦臂與主柔性鉸鏈(6)固定連接；金剛石刀具(9)固定在主柔性鉸鏈(6)的導(dǎo)向平臺(tái)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大行程三自由度直線式快速刀具伺服裝置，其特征在于:所述的三自由度主柔性鉸鏈(6)是一個(gè)結(jié)構(gòu)高度對(duì)稱的整體結(jié)構(gòu)，X向?qū)驒C(jī)構(gòu)、Y向?qū)驒C(jī)構(gòu)、Z向?qū)驒C(jī)構(gòu)構(gòu)成一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng),X向?qū)驒C(jī)構(gòu)和Z向?qū)驒C(jī)構(gòu)嵌套在Y向?qū)驒C(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，X向?qū)驒C(jī)構(gòu)嵌套在Z向?qū)驒C(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上；Y方向部分由外鉸鏈組(6al)與主柔性鉸鏈機(jī)體(6d)進(jìn)行鉸接，Y向八組導(dǎo)向臂(6a3)分別與外鉸鏈組(6al)和內(nèi)鉸鏈組(6a2)進(jìn)行鉸接，Y向兩個(gè)運(yùn)動(dòng)支撐臂(6a4)分別與內(nèi)柔性鉸鏈組(6a2)進(jìn)行鉸接；Z方向部分由外鉸鏈組(6bl)與Y方向運(yùn)動(dòng)支撐臂(6a4)進(jìn)行鉸接，Z向八組導(dǎo)向臂(6b3)分別與外鉸鏈組(6bl)和內(nèi)鉸鏈組(6b2)進(jìn)行鉸接，Z向兩個(gè)運(yùn)動(dòng)支撐臂(6b4)分別與內(nèi)柔性鉸鏈組(6b2)進(jìn)行鉸接；X方向部分由外鉸鏈^cl)組與Z方向運(yùn)動(dòng)支撐臂(6b4)進(jìn)行鉸接，X向八組導(dǎo)向臂^c3)分別與外鉸鏈組^cl)和內(nèi)鉸鏈組^c2)進(jìn)行鉸接，X向?qū)蚱脚_(tái)(6c4)與內(nèi)柔性鉸鏈組(6c2)進(jìn)行鉸接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大行程三自由度直線式快速刀具伺服裝置，其特征在于:所述的X向解耦裝置(7)可對(duì)來(lái)自Y向、Z向?qū)驒C(jī)構(gòu)產(chǎn)生的耦合運(yùn)動(dòng)進(jìn)行高精度解耦，X向解耦裝置的四個(gè)柔性臂(7bl、7b2、7b3、7b4)分別與所述的后支板(2b)固定連接，X向解耦裝置(7)的前解耦臂由兩組柔性鉸鏈組(7al、7a2)垂直分布構(gòu)成，X向解耦器通過(guò)解耦臂前端(7c)與所述的主柔性鉸鏈裝置(6)的X向?qū)蚱脚_(tái)(6c4)固定連接，后運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向臂(7d)與所述的X向音圈電機(jī)(8)動(dòng)子部分固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大行程三自由度直線式快速刀具伺服裝置，其特征在于:所述的Z向解耦裝置(12)可對(duì)來(lái)自Y向?qū)驒C(jī)構(gòu)產(chǎn)生的耦合運(yùn)動(dòng)進(jìn)行高精度解耦，Z向解耦裝置(12)的四個(gè)柔性臂(12bl、12b2、12b3、12b4)分別與所述的上蓋板(4)固定連接，Z向解耦裝置(12)的前解耦臂由一組直角切口型柔性鉸鏈組(12a)構(gòu)成，Z向解耦裝置通過(guò)解耦臂前端(12c)與所述的主柔性鉸鏈裝置(6)的Z向運(yùn)動(dòng)支撐臂(6b4)固定連接，后運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向臂(12d)與所述的Z向音圈(11)動(dòng)子部分固定連接。
【文檔編號(hào)】B23B5/36GK203578779SQ201320396427
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月26日
【發(fā)明者】鄒青, 姚建寧, 王濤, 周曉勤, 高玉江, 賈東明 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)