一种三自由度超声振动辅助加工精密定位平台制造技术

本发明专利技术公开了一种三自由度超声振动辅助加工精密定位平台，采用电火花线切割技术进行加工，减少了机械上的装配；采用四个对称式柔性差动放大机构并联，从而实现动平台在XY平面内高精度的平动，串联桥式放大机构实现Z方向的平动；大平台串联一小平台，使用高频压电陶瓷片提供平面内的超声振动；精密定位平台结构紧凑，能够使平台具有较高的固有频率；采用对称式柔性机构能够消除机构传动所造成的耦合误差；采用差动放大机构和桥式放大机构具有比较大的位移放大比，使得动平台在X向、Y向、Z向平动具有较大的行程；与桥式机构相连的四组平行片状柔性铰链机构能够实现精密定位平台对动平台X向平动和Y向平动的解耦，提高了动平台的运动精度。

A three degree of freedom ultrasonic vibration aided machining precision positioning platform

The invention discloses a three-degree-of-freedom ultrasonic vibration assisted machining precision positioning platform, which is machined by EDM technology to reduce mechanical assembly, and adopts four symmetrical flexible differential amplifier mechanisms in parallel to realize high-precision translation of the moving platform in the XY plane, and a series bridge amplifier mechanism to realize Z. Directional translation; large platform in series with a small platform, using high-frequency piezoelectric ceramics to provide in-plane ultrasonic vibration; precision positioning platform with compact structure, can make the platform has a higher natural frequency; using symmetrical flexible mechanism can eliminate the coupling error caused by mechanism transmission; using differential amplification mechanism and bridge type The magnifying mechanism has a relatively large displacement magnification ratio, so that the moving platform has a larger travel in the X, Y and Z directions. The four groups of parallel flake flexible hinge mechanisms connected with the bridge mechanism can realize the decoupling of the X and Y directions translational motion of the precise positioning platform, and improve the motion accuracy of the moving platform.

【技术实现步骤摘要】
一种三自由度超声振动辅助加工精密定位平台
本专利技术涉及微纳制造领域，特别涉及一种三自由度超声振动辅助加工精密定位平台。
技术介绍
随着科学技术的发展，微纳技术得到迅速的发展，带有纳米精度的复杂微纳结构需求越来越广泛，为了获得更高的加工速度及加工精度,而将超声振动运用到微纳加工过程中，目前超声振动辅助加工平台较少，特别是具备三自由度运动性能的超声振动微动平台。目前，大多数超声振动辅助加工平台行程较小且无法实现立体加工，无法满足加工要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供一种具有X向平动、Y向平动和Z向平动三自由度、高精度、具有超声振动功能的三自由度超声振动辅助加工精密定位平台。本专利技术所采用的技术方案是：一种三自由度超声振动辅助加工精密定位平台，为X轴、Y轴轴对称结构，包括大平台和小平台，所述大平台的中央串联所述小平台，所述小平台的底部与桥式放大机构串联；所述桥式放大机构的外周侧沿X向、Y向对称连接有4个对称式差动放大机构，沿X向布置的2个所述对称式差动放大机构的其中一个所述对称式差动放大机构的前端设置有实现所述桥式放大机构带动所述小平台X向平动的第一压电陶瓷驱动器，沿Y向布置的2个所述对称式差动放大机构的其中一个所述对称式差动放大机构的前端设置有实现所述桥式放大机构带动所述小平台Y向平动的第二压电陶瓷驱动器；所述桥式放大机构的内部沿Z向设置有实现所述小平台Z向平动的第三压电陶瓷驱动器；所述小平台包括动平台，所述动平台的四周侧X向、Y向对称设置有4个柔性铰链机构，沿X向布置的2个所述柔性铰链机构的其中一个所述柔性铰链机构的前端设置有实现所述动平台X向高频振动的第一高频压电陶瓷片，沿Y向布置的2个所述柔性铰链机构的其中一个所述柔性铰链机构的前端设置有实现所述动平台Y向高频振动的第二高频压电陶瓷片。进一步的，所述对称式差动放大机构包括第一可动横梁、第二可动横梁、第一传力连杆、第三可动横梁、平行片状柔性铰链机构、第四可动横梁和第二传力连杆；所述第一可动横梁与所述第一压电陶瓷驱动器或所述第二压电陶瓷驱动器的压电陶瓷接触面为可动的半圆形，所述第一压电陶瓷驱动器或所述第二压电陶瓷驱动器一侧通过预紧螺栓预紧、并与所述大平台的基体接触，所述第一压电陶瓷驱动器或所述第二压电陶瓷驱动器的输出端与第一可动横梁接触；所述第一可动横梁分别与所述第二可动横梁和所述第二传力连杆连接；所述第二可动横梁与所述大平台的基体连接，所述第二可动横梁的输出端与所述第一传力连杆连接；所述第一传力连杆的另一端与所述第三可动横梁连接；所述第二传力连杆的末端与所述第四可动横梁连接，所述第四可动横梁与所述第三可动横梁连接，所述第三可动横梁的输出末端通过所述平行片状柔性铰链机构与所述桥式放大机构连接。其中，所述平行片状柔性铰链机构包括两个平行的片状柔性铰链，平行的所述片状柔性铰链的一侧与所述桥式放大机构连接、另一侧与所述第三可动横梁的输出末端连接，实现精密定位平台对小平台X向平动和Y向平动的解耦。进一步的，所述桥式放大机构包括2根竖梁、2根横梁、输出台；一根所述竖梁与所述第三压电陶瓷驱动器的接触面为可动的半圆形，另一根所述竖梁通过预紧螺栓预紧、并与所述第三压电陶瓷驱动器接触；2根所述竖梁另一端分别与2根所述横梁连接；2根所述横梁的另一端均与所述输出台连接。进一步的，所述桥式放大机构的底部四个角均连接有支撑机构，每个所述支撑机构均由两个串联的虎克铰链组成。本专利技术的有益效果是：本专利技术三自由度超声振动辅助加工精密定位平台采用电火花线切割技术进行加工，减少了机械上的装配；采用四个对称式柔性差动放大机构并联，从而实现动平台在XY平面内高精度的平动，串联一种新型桥式放大机构实现Z方向的平动；大平台串联一小平台，使用高频压电陶瓷片提供平面内的超声振动；X向、Y向、Z向精密定位平台结构紧凑，能够使平台具有较高的固有频率；采用对称式柔性机构能够消除机构传动所造成的耦合误差；采用差动放大机构和桥式放大机构具有比较大的位移放大比，使得动平台在X向、Y向、Z向平动具有较大的行程；压电陶瓷与柔性放大机构接触面设计成半圆形接触面以避免压电陶瓷承受弯矩和扭矩，防止压电陶瓷的破坏；与桥式机构相连的四组平行片状柔性铰链机构能够实现精密定位平台对动平台X向平动和Y向平动的解耦，提高了动平台的运动精度；具有支撑机构，能够一定程度上削弱重力对平台所造成的影响。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的对称式差动放大机构放大示意图；图3为本专利技术的桥式放大机构放大示意图；图4为本专利技术的小平台放大示意图；图5为本专利技术的支撑机构放大示意图。附图标注：1、基体；2、第一压电陶瓷驱动器；3、预紧螺栓；4、对称式差动放大机构；41、第一可动横梁；42、第二可动横梁；43、第一传力连杆；44、第三可动横梁；45、平行片状柔性铰链机构；46、第四可动横梁；47、第二传力连杆；5、桥式放大机构；51、竖梁；52、横梁；53、输出台；6、第三压电陶瓷驱动器；7、第二高频压电陶瓷片；8、第一高频压电陶瓷片；9、小平台；91、小平台基体；92、柔性铰链机构；93、动平台；10、第二压电陶瓷驱动器；11、支撑机构；具体实施方式为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：如附图1至图5所示，一种三自由度超声振动辅助加工精密定位平台，为X轴、Y轴轴对称结构，包括板材线切割一体成型的大平台和小平台9，所述大平台的中央串联所述小平台9，所述小平台9的底部与桥式放大机构5串联。所述桥式放大机构5的外周侧沿X向、Y向分别通过4组并联的平行片状柔性铰链对称连接有4个对称式差动放大机构4。沿X向布置的2个所述对称式差动放大机构4的其中一个所述对称式差动放大机构4的前端设置有压电陶瓷驱动器(即，第一压电陶瓷驱动器2)，另一所述对称式差动放大机构4的前部不设置压电陶瓷驱动器，沿X向布置的所述对称式差动放大机构4被第一压电陶瓷驱动器2；所述第一压电陶瓷驱动器2通过与其相连的沿X向设置的所述对称式差动放大机构4带动所述桥式放大机构5沿X向平动，继而带动与所述桥式放大机构5相连接的所述小平台9沿X向平动。沿Y向布置的2个所述对称式差动放大机构4的其中一个所述对称式差动放大机构4的前端设置有压电陶瓷驱动器(即，第二压电陶瓷驱动器10)，另一所述对称式差动放大机构4的前部不设置压电陶瓷驱动器，沿Y向布置的所述对称式差动放大机构4被第二压电陶瓷驱动器10；所述第二压电陶瓷驱动器10通过与其相连的沿Y向设置的所述对称式差动放大机构4带动所述桥式放大机构5沿Y向平动，继而带动与所述桥式放大机构5相连接的所述小平台9沿Y向平动。所述桥式放大机构5的顶部沿Z向串联所述小平台9，所述桥式放大机构5的内部沿Z向设置有压电陶瓷驱动器(即，第三压电陶瓷驱动器6)；所述桥式放大机构5被第三压电陶瓷驱动器6驱动；所述第三压电陶瓷驱动器6通过与其相连的沿Z向设置的所述桥式放大机构5带动所述小平台9沿Z向平动。所述小平台9包括动平台93，所述动平台93的四周侧X向、Y向对称设置有4个柔性铰链机构92。沿X向布置的2个所述柔性铰链机构92的其中一个所述柔性铰链机构92的前端设置有高频压电陶瓷片(即，第一高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三自由度超声振动辅助加工精密定位平台，其特征在于，为X轴、Y轴轴对称结构，包括大平台和小平台，所述大平台的中央串联所述小平台，所述小平台的底部与桥式放大机构串联；所述桥式放大机构的外周侧沿X向、Y向对称连接有4个对称式差动放大机构，沿X向布置的2个所述对称式差动放大机构的其中一个所述对称式差动放大机构的前端设置有实现所述桥式放大机构带动所述小平台X向平动的第一压电陶瓷驱动器，沿Y向布置的2个所述对称式差动放大机构的其中一个所述对称式差动放大机构的前端设置有实现所述桥式放大机构带动所述小平台Y向平动的第二压电陶瓷驱动器；所述桥式放大机构的内部沿Z向设置有实现所述小平台Z向平动的第三压电陶瓷驱动器；所述小平台包括动平台，所述动平台的四周侧X向、Y向对称设置有4个柔性铰链机构，沿X向布置的2个所述柔性铰链机构的其中一个所述柔性铰链机构的前端设置有实现所述动平台X向高频振动的第一高频压电陶瓷片，沿Y向布置的2个所述柔性铰链机构的其中一个所述柔性铰链机构的前端设置有实现所述动平台Y向高频振动的第二高频压电陶瓷片。

【技术特征摘要】
1.一种三自由度超声振动辅助加工精密定位平台，其特征在于，为X轴、Y轴轴对称结构，包括大平台和小平台，所述大平台的中央串联所述小平台，所述小平台的底部与桥式放大机构串联；所述桥式放大机构的外周侧沿X向、Y向对称连接有4个对称式差动放大机构，沿X向布置的2个所述对称式差动放大机构的其中一个所述对称式差动放大机构的前端设置有实现所述桥式放大机构带动所述小平台X向平动的第一压电陶瓷驱动器，沿Y向布置的2个所述对称式差动放大机构的其中一个所述对称式差动放大机构的前端设置有实现所述桥式放大机构带动所述小平台Y向平动的第二压电陶瓷驱动器；所述桥式放大机构的内部沿Z向设置有实现所述小平台Z向平动的第三压电陶瓷驱动器；所述小平台包括动平台，所述动平台的四周侧X向、Y向对称设置有4个柔性铰链机构，沿X向布置的2个所述柔性铰链机构的其中一个所述柔性铰链机构的前端设置有实现所述动平台X向高频振动的第一高频压电陶瓷片，沿Y向布置的2个所述柔性铰链机构的其中一个所述柔性铰链机构的前端设置有实现所述动平台Y向高频振动的第二高频压电陶瓷片。2.根据权利要求1所述的一种三自由度超声振动辅助加工精密定位平台，其特征在于，所述对称式差动放大机构包括第一可动横梁、第二可动横梁、第一传力连杆、第三可动横梁、平行片状柔性铰链机构、第四可动横梁和第二传力连杆；所述第一可动横梁与所述第一压电陶瓷驱动器或所述第二压电陶瓷驱动器的压电陶瓷接触面为可动的半圆形，所述第一压电陶瓷驱动器或所述第二压电...

【专利技术属性】
技术研发人员：马越，田延岭，王福军，卢康康，张大卫，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12