CN105108579B - 一种三维微位移调整台 - Google Patents

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Abstract

一种三维微位移调整台，本发明涉及一种三维微位移调整台，本发明为了解决现有技术中需要提供一种通过柔性铰链机构进行微位移调整，使金刚石车刀在小区域内，实现微米级精密调整，可以实现精密对刀微位移调整的装置，它包括电主轴夹具、金刚石车刀夹具、Y方向微位移调整板、X方向微位移调整板、连接底板、连接夹板、Z方向微位移调整台、Z方向微位移调整螺钉、X方向微位移调整螺钉、X向杠杆机构、Y方向微位移调整螺钉、Y向杠杆机构和连接螺钉，Y方向微位移调整板和X方向微位移调整板均为长方形板，且Y方向微位移调整板的四个角上加工有四个柔性铰链，X方向微位移调整板的四个角加工有四个柔性铰链，本发明用于超精密加工领域。

Description

一种三维微位移调整台
技术领域
本发明涉及一种微位移调整台，具体涉及一种三维微位移调整台。
背景技术
微位移技术是精密光学加工和精密仪器的关键技术之一，是伴随微电子技术、宇航和生物工程发展起来的，在精密仪器中，无论是大行程的精密定位，还是小范围的光学对准，都离不开微位移技术。在精密光学加工领域，对于非球面的抛光加工或者磨削，需要将抛光轮的施加力沿着工件非球面的法向方向施加，在加工过程中，伴随着B轴的转动，从而完成非球面加工。而在安装过程中，如果抛光轮的旋转中心与B轴的中心不重合，则在非球面抛光过程中，B轴的转动会导致抛光轮与工件表面的接触距离的改变，从而影响非球面抛光过程中压力大小的改变，增大抛光工件的加工误差。
目前，微位移机构主要由微位移驱动器和微位移工作台构成，按照支承和传动方式分为五类，有弹性支承压电晶体驱动微位移机构、滚动导轨传动压电晶体驱动微位移机构等；按照微位移的机理，分为机械式和机电式，机械式微位移机构分为五种，分别是柔性机构、齿轮机构、杠杆机构、精密丝杆，楔形机构。
柔性铰链是六十年代前后，由于宇航和航空技术发展的需要而逐渐开发出来的。与刚性机构不同，柔性机构是一类利用材料的弹性变形传递或转换运动、力或能量的新型机构。实施运动是通过某种特殊的柔性单元——柔性铰链来实现，这类机构通常应用在精密工程场合，因此又称为柔性精微机构。它的特点是：无机械摩擦，无间隙，运动灵敏度高。在仿生机械及机器人等领域，柔性机构也发挥着越来越重要的作用。该类机构通常又被称为柔性仿生机构。它的特点是：无机械摩擦，无间隙，运动灵敏度高，因此现有技术中需要提供一种通过柔性铰链机构进行微位移调整，使金刚石车刀在小区域内，实现微米级精密调整，精密对刀的装置。
发明内容
本发明为了解决现有技术中需要提供一种通过柔性铰链机构进行微位移调整，使金刚石车刀在小区域内，实现微米级精密调整，可以实现精密对刀微位移调整的装置，进而提供一种三维微位移调整台。
本发明为解决上述问题而采用的技术方案是：
一种三维微位移调整台，它包括电主轴夹具、金刚石车刀夹具、Y方向微位移调整板、X方向微位移调整板、连接底板、连接夹板、Z方向微位移调整台、Z方向微位移调整螺钉、X方向微位移调整螺钉、X向杠杆机构、Y方向微位移调整螺钉、Y向杠杆机构和连接螺钉；Y方向微位移调整板和X方向微位移调整板均为长方形板，且Y方向微位移调整板的四个角上加工有四个柔性铰链，且Y方向微位移调整板上任意相邻的两个柔性铰链之间加工有缝隙，Y方向微位移调整板上四个柔性铰链之间设有一个第一弹性块，Y方向微位移调整板上每个柔性铰链均与第一弹性块连接，X方向微位移调整板的四个角加工有四个柔性铰链，且X方向微位移调整板上任意相邻的两个柔性铰链之间加工有缝隙，X方向微位移调整板上四个柔性铰链之间设有一个第二弹性块，X方向微位移调整板上每个柔性铰链均与第二弹性块连接，Z方向微位移调整台、Y方向微位移调整板、连接夹板和X方向微位移调整板由上至下依次设置在连接底板的上方，连接螺钉由上至下依次插装在Z方向微位移调整台、Y方向微位移调整板、连接夹板、X方向微位移调整板和连接底板上，电主轴夹具固定安装在Z方向微位移调整台一端的上端面上，Z方向微位移调整螺钉竖直安装在Z方向微位移调整台另一端的上端面上，金刚石车刀夹具设置在电主轴夹具的下方，且金刚石车刀夹具安装在Z方向微位移调整台上，X方向微位移调整螺钉和X向杠杆机构安装在X方向微位移调整板相邻的两个侧面上，且X方向微位移调整螺钉的螺纹端顶在X向杠杆机构的一端，X向杠杆机构的另一端固定安装在X方向微位移调整板上，X向杠杆机构中间支撑件穿过X方向微位移调整板与X方向微位移调整板的第二弹性块固定连接，Y方向微位移调整螺钉和Y向杠杆机构安装在Y方向微位移调整板相邻的两个侧面上，且Y方向微位移调整螺钉的螺纹端顶在Y向杠杆机构的一端，Y向杠杆机构的另一端固定安装在Y方向微位移调整板上，Y向杠杆机构中间支撑件穿过Y方向微位移调整板与Y方向微位移调整板的第一弹性块固定连接。
本发明的有益效果是：1、在X方向微位移调整板4和Y方向微位移调整板3上分别加工四组柔性铰链15，通过X向杠杆机构11和Y向杠杆机构13分别带动柔性铰链15动作，能够获得较宽范围微位移的输出。
2、对X方向的微位移调整和Y方向微位移的调整后，用连接螺钉固定X方向微位移调整板4和Y方向微位移调整板3增加整个调整台的刚性，防止加工过程中整个调整台的剧烈振动。
3、本发明所述的三维微位移调整台，是通过X方向微位移调整螺钉10和Y方向微位移调整螺钉12，依靠杠杆原理带动四组挠性铰链15变形进行调节的，可实现200um范围的微米级位移输出。
4、本发明所述的三维微位移平台可以作为金刚石车削的微位移平台，也可以作为金刚石砂轮磨削的微位移调整平台。
附图说明
图1是本发明整体结构主视图。图2是图1的俯视图，图3是本发明Y方向微位移调整板3的俯视图，图4是X方向微位移调整板4的俯视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式所述一种三维微位移调整台，它包括电主轴夹具1、金刚石车刀夹具2、Y方向微位移调整板3、X方向微位移调整板4、连接底板5、连接夹板6、Z方向微位移调整台7、Z方向微位移调整螺钉8、X方向微位移调整螺钉10、X向杠杆机构11、Y方向微位移调整螺钉12、Y向杠杆机构13和连接螺钉14；Y方向微位移调整板3和X方向微位移调整板4均为长方形板，且Y方向微位移调整板3的四个角上加工有四个柔性铰链15，且Y方向微位移调整板3上任意相邻的两个柔性铰链15之间加工有缝隙，Y方向微位移调整板3上四个柔性铰链15之间设有一个第一弹性块3-1，Y方向微位移调整板3上每个柔性铰链15均与第一弹性块3-1连接，X方向微位移调整板4的四个角加工有四个柔性铰链15，且X方向微位移调整板4上任意相邻的两个柔性铰链15之间加工有缝隙，X方向微位移调整板4上四个柔性铰链15之间设有一个第二弹性块4-1，X方向微位移调整板4上每个柔性铰链15均与第二弹性块4-1连接，Z方向微位移调整台7、Y方向微位移调整板3、连接夹板6和X方向微位移调整板4由上至下依次设置在连接底板5的上方，连接螺钉14由上至下依次插装在Z方向微位移调整台7、Y方向微位移调整板3、连接夹板6、X方向微位移调整板4和连接底板5上，电主轴夹具1固定安装在Z方向微位移调整台7一端的上端面上，Z方向微位移调整螺钉8竖直安装在Z方向微位移调整台7另一端的上端面上，金刚石车刀夹具2设置在电主轴夹具1的下方，且金刚石车刀夹具2安装在Z方向微位移调整台7上，X方向微位移调整螺钉10和X向杠杆机构11安装在X方向微位移调整板4相邻的两个侧面上，且X方向微位移调整螺钉10的螺纹端顶在X向杠杆机构11的一端，X向杠杆机构11的另一端固定安装在X方向微位移调整板4上，X向杠杆机构11中间支撑件穿过X方向微位移调整板4与X方向微位移调整板4的第二弹性块4-1固定连接，Y方向微位移调整螺钉12和Y向杠杆机构13安装在Y方向微位移调整板3相邻的两个侧面上，且Y方向微位移调整螺钉12的螺纹端顶在Y向杠杆机构13的一端，Y向杠杆机构13的另一端固定安装在Y方向微位移调整板3上，Y向杠杆机构13中间支撑件穿过Y方向微位移调整板3与Y方向微位移调整板3的第一弹性块3-1固定连接。
本实施方式中的柔性铰链15是用线切割方式加工出的，并配有X向杠杆机构11和Y向杠杆机构13以及螺距为250um的X方向微位移调整螺钉10和螺距为250um的Y方向微位移调整螺钉12实现微位移的调节。
具体实施方式二：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式所述一种三维微位移调整台，它还包括固定滑板9，固定滑板9靠近连接底板5并设置在连接底板5的上端面上，其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种三维微位移调整台，所述Y方向微位移调整板3上的每个角加工有一个螺旋形的柔性铰链15，每个柔性铰链15的一端与Y方向微位移调整板3的一端固定连接，每个柔性铰链15的另一端与第一弹性块3-1固定连接，每个第一弹性块3-1上加工有至少一个凸起，Y向杠杆机构13中间支撑件穿过Y方向微位移调整板3与第一弹性块3-1的一个凸起固定连接，其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式所述一种三维微位移调整台，所述X方向微位移调整板4上的每个角加工有一个螺旋形的柔性铰链15，每个柔性铰链15的一端与X方向微位移调整板4的一端固定连接，每个柔性铰链15的另一端与第二弹性块4-1固定连接，每个第二弹性块4-1上加工有至少一个凸起，X向杠杆机构11中间支撑件穿过X方向微位移调整板4与第二弹性块4-1的一个凸起固定连接，其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式所述一种三维微位移调整台，所述Z方向微位移调整台7为长方形块体，长方形块体沿长度方向的两端分别加工有圆形通孔7-1和长方形豁口7-2，圆形通孔7-1靠近安装有金刚石车刀夹具2的一端设置，长方形豁口7-2靠近竖直安装有Z方向微位移调整螺钉8的一端设置，且圆形通孔7-1和长方形豁口7-2通过水平缝隙7-3连通，长方形豁口7-2上加工有卡块7-5，靠近卡块7-5处加工有‘L’形块7-4，‘L’形块7-4卡在卡块7-5上，Z方向微位移调整螺钉8的螺纹端竖直安装在长方形豁口7-2的侧壁上，其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式所述一种三维微位移调整台，它还包括两个固定块16，X方向微位移调整螺钉10通过一个固定块16安装在X方向微位移调整板4上，Y方向微位移调整螺钉12通过一个固定块16安装在Y方向微位移调整板3上，其它与具体实施方式一相同。
工作原理
金刚石车刀安装在金刚石车刀夹具2上，旋转X方向微位移调整螺钉10，带动X向杠杆机构11作用，使得X方向微位移调整板4上的挠性铰链产生位移，带动X方向微位移调整板4上铰接的工作台发生微位移移动；同理，旋转Y方向微位移调整螺钉12，带动Y向杠杆机构13作用，使得Y方向微位移调整板3上的挠性铰链产生位移，带动Y方向微位移调整板3上铰接的工作台发生微位移移动；对于Z方向微位移调整，直接旋转Z方向微位移调整螺钉8带动Z方向微位移调整板7产生位移，使铰接在Z方向微位移调整板7上的金刚石夹具2产生Z方向微位移移动，从而实现车刀的三维微位移调整。

Claims (6)

1.一种三维微位移调整台，其特征在于：它包括电主轴夹具(1)、金刚石车刀夹具(2)、Y方向微位移调整板(3)、X方向微位移调整板(4)、连接底板(5)、连接夹板(6)、Z方向微位移调整台(7)、Z方向微位移调整螺钉(8)、X方向微位移调整螺钉(10)、X向杠杆机构(11)、Y方向微位移调整螺钉(12)、Y向杠杆机构(13)和连接螺钉(14)；Y方向微位移调整板(3)和X方向微位移调整板(4)均为长方形板，且Y方向微位移调整板(3)的四个角上加工有四个柔性铰链(15)，且Y方向微位移调整板(3)上任意相邻的两个柔性铰链(15)之间加工有缝隙，Y方向微位移调整板(3)上四个柔性铰链(15)之间设有一个第一弹性块(3-1)，Y方向微位移调整板(3)上每个柔性铰链(15)均与第一弹性块(3-1)连接，X方向微位移调整板(4)的四个角加工有四个柔性铰链(15)，且X方向微位移调整板(4)上任意相邻的两个柔性铰链(15)之间加工有缝隙，X方向微位移调整板(4)上四个柔性铰链(15)之间设有一个第二弹性块(4-1)，X方向微位移调整板(4)上每个柔性铰链(15)均与第二弹性块(4-1)连接，Z方向微位移调整台(7)、Y方向微位移调整板(3)、连接夹板(6)和X方向微位移调整板(4)由上至下依次设置在连接底板(5)的上方，连接螺钉(14)由上至下依次插装在Z方向微位移调整台(7)、Y方向微位移调整板(3)、连接夹板(6)、X方向微位移调整板(4)和连接底板(5)上，电主轴夹具(1)固定安装在Z方向微位移调整台(7)一端的上端面上，Z方向微位移调整螺钉(8)竖直安装在Z方向微位移调整台(7)另一端的上端面上，金刚石车刀夹具(2)设置在电主轴夹具(1)的下方，且金刚石车刀夹具(2)安装在Z方向微位移调整台(7)上，X方向微位移调整螺钉(10)和X向杠杆机构(11)安装在X方向微位移调整板(4)相邻的两个侧面上，且X方向微位移调整螺钉(10)的螺纹端顶在X向杠杆机构(11)的一端，X向杠杆机构(11)的另一端固定安装在X方向微位移调整板(4)上，X向杠杆机构(11)中间支撑件穿过X方向微位移调整板(4)与X方向微位移调整板(4)的第二弹性块(4-1)固定连接，Y方向微位移调整螺钉(12)和Y向杠杆机构(13)安装在Y方向微位移调整板(3)相邻的两个侧面上，且Y方向微位移调整螺钉(12)的螺纹端顶在Y向杠杆机构(13)的一端，Y向杠杆机构(13)的另一端固定安装在Y方向微位移调整板(3)上，Y向杠杆机构(13)中间支撑件穿过Y方向微位移调整板(3)与Y方向微位移调整板(3)的第一弹性块(3-1)固定连接。
2.根据权利要求1所述一种三维微位移调整台，其特征在于：它还包括固定滑板(9)，固定滑板(9)靠近连接底板(5)并设置在连接底板(5)的上端面上。
3.根据权利要求1所述一种三维微位移调整台，其特征在于：所述Y方向微位移调整板(3)上的每个角加工有一个螺旋形的柔性铰链(15)，每个柔性铰链(15)的一端与Y方向微位移调整板(3)的一端固定连接，每个柔性铰链(15)的另一端与第一弹性块(3-1)固定连接，每个第一弹性块(3-1)上加工有至少一个凸起，Y向杠杆机构(13)中间支撑件穿过Y方向微位移调整板(3)与第一弹性块(3-1)的一个凸起固定连接。
4.根据权利要求1所述一种三维微位移调整台，其特征在于：所述X方向微位移调整板(4)上的每个角加工有一个螺旋形的柔性铰链(15)，每个柔性铰链(15)的一端与X方向微位移调整板(4)的一端固定连接，每个柔性铰链(15)的另一端与第二弹性块(4-1)固定连接，每个第二弹性块(4-1)上加工有至少一个凸起，X向杠杆机构(11)中间支撑件穿过X方向微位移调整板(4)与第二弹性块(4-1)的一个凸起固定连接。
5.根据权利要求1所述一种三维微位移调整台，其特征在于：所述Z方向微位移调整台(7)为长方形块体，长方形块体沿长度方向的两端分别加工有圆形通孔(7-1)和长方形豁口(7-2)，圆形通孔(7-1)靠近安装有金刚石车刀夹具(2)的一端设置，长方形豁口(7-2)靠近竖直安装有Z方向微位移调整螺钉(8)的一端设置，且圆形通孔(7-1)和长方形豁口(7-2)通过水平缝隙(7-3)连通，长方形豁口(7-2)上加工有卡块(7-5)，靠近卡块(7-5)处加工有‘L’形块(7-4)，‘L’形块(7-4)卡在卡块(7-5)上，Z方向微位移调整螺钉(8)的螺纹端竖直安装在长方形豁口(7-2)的侧壁上。
6.根据权利要求1所述一种三维微位移调整台，其特征在于：它还包括两个固定块(16)，X方向微位移调整螺钉(10)通过一个固定块(16)安装在X方向微位移调整板(4)上，Y方向微位移调整螺钉(12)通过一个固定块(16)安装在Y方向微位移调整板(3)上。
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