一种用于振动辅助微铣削的新型振动装置

1.本发明涉及一种二维压电促动器驱动的振动辅助加工装置，属于机械加工技术领域，特别涉及振动辅助加工技术范畴。


背景技术：

2.振动辅助微铣削作为一种重要的精密加工方法，可以用于制造自由曲面光学透镜、复杂几何表面和微/纳结构表面，因具有广泛的应用场景，在机械加工行业中受到越来越多的关注。然而，振动辅助微铣削对加工精度有着很高的要求，加工过程中一些微小误差就会导致加工表面纹理形态的改变。因此振动辅助加工系统的稳定性和精度对振动辅助加工的切削性能有很大影响。目前众多学者设计的多维运动振动装置中，多方向振动普遍存在着不可避免的运动耦合，这不仅会导致压电促动器内部产生切向剪切力，降低振动系统的运动精度，甚至可能损坏促动器。因此设计出具有高性能和高稳定性的振动辅助加工装置对于提升振动辅助微铣削加工性能具有重要意义。


技术实现要素：

3.本发明设计了一种基于柔性铰链结构的二维非共振压电促动器驱动振动台。作为振动辅助微铣削的振动设备，所提出的振动辅助微铣削二维非共振振动台设计旨在实现低运动耦合、高工作频率带宽和高动态定位精度。采用双层柔性铰链的双平行四连杆机构可以有效地降低双方向同时运动时的耦合效应。
4.为了达到本发明的目的所采取的技术方案如下：
5.振动辅助微铣削的新型振动装置包括：第一压电促动器(1)、第二压电促动器(2)、外层双平行四连杆柔性铰链结构(3)、内层柔性铰链机构(4)、振动执行机构(5)、振动装置结构框架(6)。两个压电促动器相互垂直放置在振动台两端，以保证振动台纵向与横向的运动。选择两个预加载的压电促动器用来驱动振动台。四个柔性铰链中心对称放置在平行四连杆联动装置的四周，纵横两个方向分别与两个压电促动器接触以保证促动器能驱使振动台进行运动。双平行四连杆机构可以克服振动台大应力和寄生运动等问题。由于结构对称性的影响，在相同应力条件下，柔性铰链的两侧发生交叉耦合位移，在解决这些问题的同时还可以保持平台线性运动。双平行四连杆双层柔性铰链结构具有两个不同尺寸的特征，分别是内层柔性铰链的铰链半径r1和外层柔性铰链的铰链半径r2。其中内层柔性铰链的铰链半径r1的值被设计的尽可能大，以确保振动台较大的振动位移。外层柔性铰链的铰链半径r2的值被设计的尽可能小，以确保整个机构的刚性。内层柔性铰链由单杆柔性机构制作而成，这种柔性铰链可以进一步减小两个方向之间的振动级耦合效应。为了简化设计和降低制造成本，所有柔性结构都设置为正圆铰链。考虑到工作环境，振动装置的材料需要满足良好的机械性能、弹性性能、高导热性和低膨胀性等要求，因此选择具有高疲劳强度极限的弹簧钢作为结构材料。
附图说明
6.图1为振动辅助微铣削的新型振动装置示意图；
7.图中，(1)：第一压电促动器；(2)：第二压电促动器；(3)：外层双平行四连杆柔性铰链结构；(4)：内层柔性铰链机构；(5)：振动执行机构；(6)：振动装置结构框架。
具体实施方式
8.下面根据附图对本发明的实施例进行描述。
9.振动辅助微铣削的新型振动装置包括：第一压电促动器、第二压电促动器、外层双平行四连杆柔性铰链结构、内层柔性铰链机构、振动执行机构、振动装置结构框架。第一压电促动器产生横向高频振动v1输至外层双平行四连杆柔性铰链结构，并转递至内层柔性铰链机构，最终传递至振动执行机构并进行横向动力输出v2；第二压电促动器产生纵向高频振动v3输至外层双平行四连杆柔性铰链结构，并转递至内层柔性铰链机构，最终传递至振动执行机构并进行纵向动力输出v4。
10.通过以上实施例，本发明所提出的一种用于振动辅助微铣削的新型振动装置，能够应用于微铣削等精密加工过程，可以在振动辅助微铣削加工中实现高动态定位精度并减少两个振动方向的耦合效应，具有较高的性能和稳定性。


技术特征：
1.振动辅助微铣削的新型振动装置，其特征在于，包括：第一压电促动器、第二压电促动器、外层双平行四连杆柔性铰链结构、内层柔性铰链机构、振动执行机构、振动装置结构框架；第一压电促动器产生横向高频振动v1输至外层双平行四连杆柔性铰链结构，并转递至内层柔性铰链机构，最终传递至振动执行机构并进行横向动力输出v2；第二压电促动器产生纵向高频振动v3输至外层双平行四连杆柔性铰链结构，并转递至内层柔性铰链机构，最终传递至振动执行机构并进行纵向动力输出v4；由此，构成本发明由双层柔性铰链双平行四连杆结构传动的振动辅助微铣削的新型振动装置的权利要求形式。2.根据权利要求1所述的振动辅助微铣削的新型振动装置，其特征在于：用外层单平行四连杆柔性铰链结构替代外层双平行四连杆柔性铰链结构，构成本发明由外层单平行四连杆柔性铰链结构进行传动的振动辅助微铣削的新型振动装置的权利要求形式。3.根据权利要求1所述的振动辅助微铣削的新型振动装置，其特征在于：用弹簧机构代替内层柔性铰链机构，构成本发明由弹簧机构进行传动的振动辅助微铣削的新型振动装置的权利要求形式。

技术总结
本发明涉及一种二维压电促动器驱动的振动辅助加工装置，属于机械加工技术领域，特别涉及振动辅助加工技术范畴。本发明设计了一种基于柔性铰链结构的二维非共振压电促动器驱动振动台，在振动台中采用了双层柔性铰链的双平行四连杆机构来引导运动，这种柔性铰链机构可以有效地降低振动台双方向的运动耦合效应，所提出的振动辅助微铣削系统可以实现低运动耦合、高工作频率带宽和高动态定位精确度，对于振动辅助微铣削具有较好的可行性和有效性。于振动辅助微铣削具有较好的可行性和有效性。于振动辅助微铣削具有较好的可行性和有效性。


技术研发人员：郑路 方明宇 李海涛
受保护的技术使用者：中国农业大学
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/8/9