CN108747534A - 一种具有整体式柔性铰链且刚度可调的快刀伺服装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有整体式柔性铰链且刚度可调的快刀伺服装置，包括柔性铰链、第一驱动件及弹性件。柔性铰链具有整体式结构，柔性铰链包括主体框架、刀具安装件及间隔相对设置的第一柔性件与第二柔性件，第一柔性件与第二柔性件均设置于主体框架上，刀具安装件位于第一柔性件与第二柔性件之间，刀具安装件的两侧分别与第一柔性件和第二柔性件连接。第一驱动件与第一柔性件驱动连接，第一驱动件用于驱动第一柔性件沿第一方向产生变形。弹性件可拆卸地设置于柔性铰链上，弹性件与第二柔性件相抵，弹性件与刀具安装件分别位于第二柔性件相对的两侧。该快刀伺服装置的精度较高且刚度可调，能够足具有高品质的阵列微结构加工要求。

Description

一种具有整体式柔性铰链且刚度可调的快刀伺服装置

技术领域

本发明涉及精密加工技术领域，特别是涉及一种具有整体式柔性铰链且刚度可调的快刀伺服装置。

背景技术

在光电通讯、微电子、宇航、军工与生物工程等领域中，经常会用到高品质的光学零部件，这些光学零部件通常会具有阵列微结构。此类阵列微结构常需借助快刀伺服装置来完成加工，但传统快刀伺服装置大都精度较低且刚度不可调，不能满足具有高品质的阵列微结构的加工要求。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种具有整体式柔性铰链且刚度可调的快刀伺服装置，以满足具有高品质的阵列微结构的加工要求。

一种具有整体式柔性铰链且刚度可调的快刀伺服装置，包括柔性铰链、第一驱动件及弹性件，所述柔性铰链具有整体式结构，所述柔性铰链包括主体框架、刀具安装件及间隔相对设置的第一柔性件与第二柔性件，所述第一柔性件与所述第二柔性件均设置于所述主体框架上，所述刀具安装件位于所述第一柔性件与所述第二柔性件之间，所述刀具安装件的两侧分别与所述第一柔性件和所述第二柔性件连接，所述第一驱动件与所述第一柔性件驱动连接，所述第一驱动件用于驱动所述第一柔性件沿第一方向产生变形，所述弹性件可拆卸地设置于所述柔性铰链上，所述弹性件与所述第二柔性件相抵，所述弹性件与所述刀具安装件分别位于所述第二柔性件相对的两侧。

上述具有整体式柔性铰链且刚度可调的快刀伺服装置至少具有以下优点：

柔性铰链具有整体式结构，利用一块基材加工形成，无装配误差，具有较高的精度，以满足具有高品质的阵列微结构加工要求。柔性铰链包括主体框架、刀具安装件及间隔相对设置的第一柔性件与第二柔性件，第一柔性件与第二柔性件均设置于主体框架上。刀具安装件的两侧分别与第一柔性件和第二柔性件连接，故刀具安装件具有较好的连接稳定性，且刀具安装件位于第一柔性件与第二柔性件之间，进一步增大了刀具安装件的稳定性。第一驱动件与第一柔性件驱动连接，加工阵列微结构时，第一驱动件驱动第一柔性件沿第一方向产生变形，从而带动与第一柔性件相连接的刀具安装件在第一方向上往复移动，以实现阵列微结构的加工。弹性件可拆卸地设置于柔性铰链上，弹性件与刀具安装件分别位于第二柔性件相对的两侧，弹性件与第二柔性件相抵，可通过更换不同的弹性件来实现快刀伺服装置的刚度可调，以便于避免共振的出现，提高加工质量，进一步满足具有高品质的阵列微结构加工要求。此外，第一驱动件与弹性件的存在可在一定程度上提高柔性铰链的结构稳定性。

下面进一步对技术方案进行说明：

在其中一个实施例中，快刀伺服装置还包括第一螺纹件，所述主体框架上开设有第一螺纹孔，所述第二柔性件上开设有第一限位孔，所述弹性件的一端伸入于所述第一螺纹孔中，另一端伸入于所述第一限位孔中，所述第一螺纹件伸入于所述第一螺纹孔中，所述第一螺纹件的一端与所述弹性件的一端相抵。

在其中一个实施例中，快刀伺服装置还包括第一紧固件，所述主体框架上开设有第一安装孔，所述第一紧固件伸入于所述第一安装孔中，所述第一柔性件上开设有第二限位孔，所述第一驱动件为第一压电陶瓷，所述第一压电陶瓷的一端伸入于所述第一安装孔中并与所述第一紧固件相抵，另一端伸入于所述第二限位孔中并与所述第一柔性件相抵。

在其中一个实施例中，快刀伺服装置还包括第二驱动件，所述柔性铰链还包括第三柔性件，所述第三柔性件设置于所述主体框架上且与所述刀具安装件相连接，所述第二驱动件与所述刀具安装件分别位于所述第三柔性件相对的两侧，所述第二驱动件与所述第三柔性件驱动连接，所述第二驱动件用于驱动所述第三柔性件沿第二方向产生变形，所述第二方向与所述第一方向异向。

在其中一个实施例中，快刀伺服装置还包括第二紧固件，所述主体框架上开设有第二安装孔，所述第二紧固件伸入于所述第二安装孔中，所述第三柔性件上开设有第三限位孔，所述第二驱动件为第二压电陶瓷，所述第二压电陶瓷的一端伸入于所述第二安装孔中并与所述第二紧固件相抵，另一端伸入于所述第三限位孔中并与所述第三柔性件相抵。

在其中一个实施例中，所述第三柔性件包括第一柔性杆、第一柔性部及第二柔性部，所述第一柔性部的一端设置于所述第一柔性杆的一端上，另一端设置于所述主体框架上，所述第二柔性部的一端设置于所述第一柔性杆的另一端上，另一端设置于所述主体框架上。

在其中一个实施例中，所述第一柔性杆包括第一子杆、第三柔性部、第四柔性部、第二子杆及第三子杆，所述第一子杆的一端设置于所述第一柔性部的一端上，另一端设置于所述第三柔性部的一端上，所述第二子杆的一端设置于所述第三柔性部的另一端上，另一端设置于所述第四柔性部的一端上，所述第三子杆的一端设置于所述第四柔性部的另一端上，另一端设置于所述第二柔性部的一端上。

在其中一个实施例中，所述柔性铰链还包括第四柔性件，所述第四柔性件沿所述第二方向设置，所述第四柔性件的一端设置于所述刀具安装件上，另一端设置于所述第三柔性件上。

在其中一个实施例中，所述柔性铰链还包括间隔设置的第五柔性件及第六柔性件，所述第五柔性件与所述第六柔性件均沿所述第一方向设置，所述第五柔性件与所述第六柔性件分别位于所述刀具安装件相对的两侧，所述第五柔性件的一端设置于所述刀具安装件上，另一端设置于所述第一柔性件上，所述第六柔性件的一端设置于所述刀具安装件上，另一端设置于所述第二柔性件上。

在其中一个实施例中，所述第一柔性件包括第五柔性部及第一活动杆，所述第五柔性部的一端设置于所述第一活动杆的一端上，另一端设置于所述主体框架上，所述第二柔性件包括第六柔性部及第二活动杆，所述第六柔性部的一端设置于所述第二活动杆的一端上，另一端设置于所述主体框架上。

附图说明

图1为一实施方式中一种具有整体式柔性铰链且刚度可调的快刀伺服装置的结构示意图；

图2为图1所示一种具有整体式柔性铰链且刚度可调的快刀伺服装置的爆炸图；

图3为图1中柔性铰链的俯视图；

图4为图3中A处的局部放大图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本发明中所说“第一”至“第十二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。本文中所指的“垂直”并不仅仅限于绝对的垂直，还应该允许一定的误差存在。本文中所指的“平行”并不仅仅限于绝对的平行，还应该允许一定的误差存在。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

请参阅图1及图2，一实施方式中的一种具有整体式柔性铰链且刚度可调的快刀伺服装置10包括柔性铰链100、弹性件200及第一驱动件300。该快刀伺服装置10具有精度高且刚度可调的特点，能够满足具有高品质的阵列微结构加工要求。

具体地，柔性铰链100具有整体式结构，利用一块基材加工形成(例如在金属板上经线切割形成)，无装配误差，具有较高的精度。可通过拓扑结构优化设计使得柔性铰链100整体化，有利于调节快刀伺服装置10的固有频率，保证加工工艺的稳定性，获得刀尖处的高重复定位精度，确保快刀伺服装置10能够满足具有高品质的阵列微结构的自由曲面的加工要求。

柔性铰链100包括主体框架110、刀具安装件120及间隔相对设置的第一柔性件130与第二柔性件140。第一柔性件130与第二柔性件140均设置于主体框架110上，刀具安装件120的两侧分别与第一柔性件130和第二柔性件140连接，故刀具安装件120具有较好的连接稳定性。刀具安装件120位于第一柔性件130与第二柔性件140之间，进一步增大了刀具安装件120的稳定性。

柔性铰链100还包括第三柔性件150，第三柔性件150设置于主体框架110上且与刀具安装件120相连接，刀具安装件120位于第三柔性件150的一侧。可通过第一柔性件130的变形带动刀具安装件120沿第一方向a往复移动，通过第三柔性件150的变形带动刀具安装件120沿第二方向b往复移动，第二方向b与第一方向a异向，以便于实现刀具安装件120的二维移动。在本实施方式中，第一柔性件130与第二柔性件140沿第三柔性件150的长度方向间隔分布，第一柔性件130的长度方向平行于第二方向b，第二柔性件140的长度方向平行于第二方向b，第三柔性件150的长度方向平行于第一方向a，以便于带动刀具安装件120沿第一方向a或第二方向b往复移动。

请一并参阅图3，具体到本实施方式中，第三柔性件150包括第一柔性杆151、第一柔性部152及第二柔性部153。第一柔性杆151位于第一柔性部152与第二柔性部153之间，第一柔性部152的一端设置于第一柔性杆151的一端上，另一端设置于主体框架110上。第二柔性部153的一端设置于第一柔性杆151的另一端上，另一端设置于主体框架110上。刀具安装件120可设置于第一柔性杆151上，第一柔性部152及第二柔性部153的存在便于第一柔性杆151在第二方向b上产生位移，从而带动刀具安装件120沿第二方向b往复移动。

具体地，第一柔性杆151包括第一子杆154、第三柔性部155、第四柔性部156、第二子杆157及第三子杆158。第二子杆157位于第一子杆154与第三子杆158之间，第一子杆154位于第一柔性部152与第三柔性部155之间，第三子杆158位于第二柔性部153与第四柔性部156之间。第一子杆154的一端设置于第一柔性部152的一端上，另一端设置于第三柔性部155的一端上。第二子杆157的一端设置于第三柔性部155的另一端上，另一端设置于第四柔性部156的一端上。第三子杆158的一端设置于第四柔性部156的另一端上，另一端设置于第二柔性部153的一端上。刀具安装件120可设置于第二子杆157上，第三柔性部155及第四柔性部156的存在使得第一柔性杆151的变形集中在第三柔性部155及第四柔性部156上，以使刀具安装件120的移动较为平稳可控。可选地，第一子杆154与第三子杆158关于第二子杆157对称，第三柔性部155与第四柔性部156也关于第二子杆157对称，使得刀具安装件120在第二方向b上的移动更加平稳。

进一步地，第一柔性件130包括第五柔性部131及第一活动杆132，第五柔性部131的一端设置于第一活动杆132的一端上，另一端设置于主体框架110上。第五柔性部131的存在便于第一活动杆132在第一方向a上产生变形，从而带动刀具安装件120沿第一方向a往复移动。第二柔性件140包括第六柔性部141及第二活动杆142，第六柔性部141的一端设置于第二活动杆142的一端上，另一端设置于主体框架110上。第六柔性部141的存在便于实现快刀伺服装置10的刚度调节，以避免共振，满足具有高品质的阵列微结构的加工要求。

第五柔性部131上可开设有第一减应槽(图未标)及与第一减应槽背向的第二减应槽(图未标)。第一减应槽与第二减应槽的存在能避免应力过于集中，且可减小第五柔性部131的厚度，达到减小应力的目的。第一减应槽可呈弧形或角形，第二减应槽也可呈弧形或角形。第五柔性部131上最薄处的厚度的范围为0.3mm～1mm，在本实施方式中，第五柔性部131最薄处的厚度为0.5mm，且最薄处位于第一减应槽与第二减应槽之间。此外，第五柔性部131横截面尺寸小于第一活动杆132的横截面尺寸，以便保证第五柔性部131的弹性度。

请一并参阅图4，同理，第六柔性部141上也可开设有第三减应槽143及与第三减应槽143背向的第四减应槽144。第三减应槽143可呈弧形或角形，第四减应槽144也可呈弧形或角形。第六柔性部141上最薄处的厚度的范围为0.3mm～1mm，在本实施方式中，第六柔性部141上最薄处的厚度也为0.5mm，且最薄处位于第三减应槽143与第四减应槽144之间。第三减应槽143与第四减应槽144的作用类似于第一减应槽与第二减应槽。此外，第六柔性部141的横截面尺寸小于第二活动杆142的横截面尺寸，以便保证第六柔性部141的弹性度。

可以理解地，在柔性铰链100的其他部位也可开设有和第一减应槽与第二减应槽类似的一对减应槽，如本实施方式中的第三柔性部155与第四柔性部156上。由于一对减应槽的开设，在柔性铰链100的其他部位的应力可得到减小，如本实施方式中的第三柔性部155与第四柔性部156上可开设有一对减应槽。

请再次参阅图3，主体框架110包括外框架111及间隔设置的第一内框架112及第二内框架113，第一内框架112与第二内框架113均设置于外框架111上。在本实施方式中，第一内框架112及第二内框架113沿第一方向a间隔分布，第一内框架112及第二内框架113位于外框架111的一端，外框架111的另一端形成开口，以便于暴露出刀具安装件120。第一内框架112及第二内框架113均大致呈L型，且位于外框架111的拐角处，以提高主体框架110的结构稳定性。

可选地，第一柔性件130的一端设置于第一内框架112上，第二柔性件140的一端设置于第二内框架113上，第三柔性件150的一端设置于第一内框架112上，另一端设置于第二内框架113上。该设计提高了第一柔性件130、第二柔性件140及第三柔性件150的设置稳定性，可在一定程度上避免刀具安装件120在第一方向a上移动时产生在第二方向b上的晃动，在第二方向b上移动时产生在第一方向a上的晃动。

进一步地，柔性铰链100还包括第四柔性件160，第四柔性件160沿第二方向b设置，第四柔性件160的一端设置于刀具安装件120上，另一端设置于第三柔性件150上，第四柔性件160的存在可起到便于刀具安装件120在第一方向a上移动的作用。在本实施方式中，第四柔性件160的数量为两个，两个第四柔性件160间隔相对设置，以便于提高刀具安装件120与第三柔性件150的连接稳定性，减少刀具安装件120往复移动的过程中产生的晃动。当然，在其他实施方式中，第四柔性件160的数量还可根据实际情况灵活调整。

具体地，第四柔性件160包括第一连接杆161、第七柔性部162及第八柔性部163，第一连接杆161位于第七柔性部162及第八柔性部163之间。第七柔性部162的一端设置于第二子杆157上，另一端设置于第一连接杆161上。第八柔性部163的一端设置于第一连接杆161上，另一端设置于刀具安装件120上。第七柔性部162及第八柔性部163的存在可便于第一连接杆161在第一方向a上移动，从而便于动刀具安装件120沿第一方向a往复移动，第一连接杆161的存在可增强第四柔性件160的强度。可以理解地，第七柔性部162上可开设有一对减应槽，第八柔性部163上也可开设有一对减应槽。

进一步地，柔性铰链100还包括间隔设置的第五柔性件170及第六柔性件180，第五柔性件170与第六柔性件180均沿第一方向a设置，第五柔性件170与第六柔性件180分别位于刀具安装件120相对的两侧。第五柔性件170的一端设置于刀具安装件120上，另一端设置于第一柔性件130上。第六柔性件180的一端设置于刀具安装件120上，另一端设置于第二柔性件140上。第五柔性件170及第六柔性件180的存在提高了柔性铰链100的结构稳定性，可减少刀具安装件120在往复移动过程中产生的晃动。

具体地，第五柔性件170包括第二连接杆171、第九柔性段172及第十柔性段173，第二连接杆171位于第九柔性段172与第十柔性段173之间。第九柔性段172的一端设置于刀具安装件120上，另一端设置于第二连接杆171上。第十柔性段173的一端设置于第二连接杆171上，另一端设置于第一柔性件130上。第九柔性段172及第十柔性段173的存在可便于第二连接杆171在第二方向b上移动，第二连接杆171的存在可增强第五柔性件170的强度。第六柔性件180包括第三连接杆181、第十一柔性段182及第十二柔性段183，第三连接杆181位于第十一柔性段182与第十二柔性段183之间。第三连接杆181的设置方式与作用类似于第二连接杆171，第十一柔性段182的设置方式与作用类似于第九柔性段172，第十二柔性段183的设置方式与作用类似于第十柔性段173，在此不再赘述。

请一并参阅图1及图2，弹性件200可拆卸地设置于柔性铰链100上，弹性件200与第二柔性件140相抵，弹性件200与刀具安装件120分别位于第二柔性件140相对的两侧。可通过更换不同的弹性件200来动态调节快刀伺服装置10的刚度，以便于避免共振的出现，提高加工质量，满足具有高品质的阵列微结构加工要求。在本实施方式中，弹性件200为弹簧。当然，在其他实施方式中，弹性件200还可以根据实际情况灵活选取。

进一步地，快刀伺服装置10还包括第一螺纹件210。主体框架110上开设有第一螺纹孔114，第二柔性件140上开设有第一限位孔146。弹性件200的一端伸入于第一螺纹孔114中，另一端伸入于第一限位孔146中，第一螺纹件210伸入于第一螺纹孔114中，第一螺纹件210的一端与弹性件200的一端相抵。可通过拧动第一螺纹件210的方式，改变弹性件200与第二柔性件140之间的松紧度，实现快刀伺服装置10的刚度的进一步微调。可以理解地，第一螺纹件210可以为螺丝等。在本实施方式中，第一螺纹孔114与第一限位孔146同轴设置。

第一驱动件300与第一柔性件130驱动连接，第一驱动件300用于驱动第一柔性件130沿第一方向a产生变形，以带动刀具安装件120沿第一方向a往复移动。在本实施方式中，第一驱动件300为第一压电陶瓷，第一压电陶瓷与第一柔性件130相抵。当第一压电陶瓷伸长时，第一柔性件130在第一压电陶瓷的作用下产生变形，从而使刀具安装件120沿第一方向a前进；当第一压电陶瓷缩回时，第一柔性件130在自身的回复力的作用下回复至初始状态，从而使刀具安装件120沿第一方向a后退。第一压电陶瓷的长度方向平行于第一方向a。当然，在其他实施方式中，第一驱动件300还可以为第一音圈电机。

进一步地，快刀伺服装置10还包括第一紧固件310，主体框架110上开设有第一安装孔115，第一紧固件310伸入于第一安装孔115中，第一柔性件130上开设有第二限位孔133(见图3)，第一压电陶瓷的一端伸入于第一安装孔115中并与第一紧固件310相抵，另一端穿设于第二限位孔133中并与第一柔性件130相抵。第一紧固件310可以为螺纹件(如螺钉等)，可通过拧紧第一紧固件310以实现第一压电陶瓷与第一柔性件130的紧密接触，避免第一压电陶瓷与第一柔性件130之间产生间隙从而导致第一压电陶瓷需要克服该间隙才能使得第一柔性件130产生变形。在本实施方式中，第二限位孔133为盲孔，第一压电陶瓷另一端形成有第一凸台，盲孔可对第一凸台起到限位作用。第一安装孔115与第二限位孔133同轴设置。当然，在其他实施方式中，第二限位孔133还可为呈阶梯状的通孔，利用阶梯处的孔壁对第一压电陶瓷的端面进行限位。

进一步地，快刀伺服装置10还包括第二驱动件400，第二驱动件400与刀具安装件120分别位于第三柔性件150相对的两侧，第二驱动件400与第三柔性件150驱动连接，第二驱动件400用于驱动第三柔性件150沿第二方向b产生变形，从而使刀具安装件120沿第二方向b往复移动，第二方向b与第一方向a异向。第二驱动件400驱动刀具安装件120移动的方式与第一驱动件300驱动刀具安装件120移动的方式类似，在此不再赘述。在本实施方式中，第二方向b与第一方向a垂直，第二驱动件400为第二压电陶瓷，第二压电陶瓷的长度方向平行于第二方向b，结构简单且容易实现。第一驱动件300与第二驱动件400同时存在的设计使得快刀伺服装置10具有双自由度，以实现自由曲面的二维加工。当然，在其他实施方式中，第二驱动件400还可以为第二音圈电机。

进一步地，快刀伺服装置10还包括第二紧固件410，主体框架110上开设有第二安装孔116，第二紧固件410伸入于第二安装孔116中，第三柔性件150上开设有第三限位孔159(见图3)，第二压电陶瓷的一端伸入于第二安装孔116中并与第二紧固件410相抵，另一端伸入于第三限位孔159中并与第三柔性件150相抵。第二紧固件410的作用类似于第一紧固件310，在此不再赘述。可以理解地，第二紧固件410可以为螺丝等。在本实施方式中，第二安装孔116与第三限位孔159同轴设置。

进一步地，快刀伺服装置10还包括刀具500，刀具500设置于刀具安装件120上，刀具500随着刀具安装件120的移动而移动，以实现对工件的加工。快刀伺服装置10还包括刀具固定组件510，刀具固定组件510用于将刀具500固定在刀具安装件120上。在本实施方式中，刀具500为金刚石车刀。当然，在其他实施方式中，刀具500还可以根据实际情况灵活设计。

具体地，刀具固定组件510包括抵刀块511及第三紧固件512，抵刀块511上开设有第三安装孔513，刀具安装件120上开设有与第三安装孔513相对应的第四安装孔121，第三紧固件512伸入于第三安装孔513与第四安装孔121中，以将刀具500紧固于抵刀块511与刀具安装件120之间。在本实施方式中，第三紧固件512为螺栓或螺钉等。第三安装孔513与第四安装孔121的数量均为两个，相应地，第三紧固件512的数量也为两个，刀具500被安装于两个第三紧固件512之间，以提高刀具500设置的稳定性。当然，在其他实施方式中，第三安装孔513与第四安装孔121的数量和位置还可以根据需求灵活调整。

进一步地，快刀伺服装置10还包括支撑柱600及第四紧固件610，支撑柱600用于支撑柔性铰链100。加工时，柔性铰链100通过支撑柱600与工作台面接触。柔性铰链100上开设有第五安装孔117，支撑柱600上开设有与第五安装孔117相对应的第六安装孔(图未标)，第四紧固件610伸入于第五安装孔117与第六安装孔中，以将柔性铰链100固定在支撑柱600上，第四紧固件610可以是螺钉等。

上述一种具有整体式柔性铰链且刚度可调的快刀伺服装置10至少具有以下优点：

制作柔性铰链100时，可利用一块基材加工形成，无装配误差，具有较高的精度，以满足具有高品质的阵列微结构加工要求。具有整体式结构的柔性铰链100，有利于调节快刀伺服装置10的固有频率，保证加工工艺的稳定性，便于使刀具500具有高重复定位精度，以提高被加工的阵列微结构的品质。特别地，在柔性铰链100中，第一柔性部152与第二柔性部153关于第一柔性杆151对称、第三柔性部155与第四柔性部156关于第二子杆157对称，第一柔性件130与第二柔性件140关于刀具安装件120对称，第一内框架112与第二内框架113关于第二压电陶瓷对称，两个第四柔性件160关于第二压电陶瓷对称，第五柔性件170与第六柔性件180关于刀具安装件120对称。上述多处对称设计使得柔性铰链100具有较高的结构稳定性，从而保证刀具500在随刀具安装件120往复移动的过程中，具有较好的平稳性。

加工具有阵列微结构的自由曲面时，第一压电陶瓷可在电压的作用下驱动第一柔性件130沿第一方向a产生变形，以带动刀具安装件120沿第一方向a往复移动。当第一压电陶瓷伸长时，第一柔性件130产生变形并产生回复力，以推动刀具500伸出，当第一压电陶瓷缩回时，在第一柔性件130的回复力的作用下，刀具500缩回。第二压电陶瓷可在电压的作用下驱动第三柔性件150沿第二方向b产生变形，以带动刀具安装件120沿第二方向b往复移动。当第二压电陶瓷伸长时，第三柔性件150产生变形并产生回复力，刀具500可被推出，当第二压电陶瓷缩回时，刀具500在第三柔性件150的回复力的作用下缩回。第一压电陶瓷及第二压电陶瓷共同作用使快刀伺服装置10具有双自由度。

可通过更换弹簧的方式较大幅度地调整快刀伺服装置10的刚度，可通过拧动第一螺纹件210的方式较小幅度地调整快刀伺服装置10的刚度，以便于提高加工质量，满足高品质加工的要求。弹性件200与第一压电陶瓷的同时存在可在一定程度上减少刀具安装件120沿第二方向b移动时的晃动，以提高加工品质。利用柔性铰链100与弹性件200形成多弹性结构，以便于实现快刀伺服刀架的刚度动态调整。利用该快刀伺服装置10加工的阵列微结构的精度可达到0.1μm，被加工的阵列微结构的表面粗糙度可达到1nm，满足高品质加工的要求。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种具有整体式柔性铰链且刚度可调的快刀伺服装置，其特征在于，包括柔性铰链、第一驱动件及弹性件，所述柔性铰链具有整体式结构，所述柔性铰链包括主体框架、刀具安装件及间隔相对设置的第一柔性件与第二柔性件，所述第一柔性件与所述第二柔性件均设置于所述主体框架上，所述刀具安装件位于所述第一柔性件与所述第二柔性件之间，所述刀具安装件的两侧分别与所述第一柔性件和所述第二柔性件连接，所述第一驱动件与所述第一柔性件驱动连接，所述第一驱动件用于驱动所述第一柔性件沿第一方向产生变形，所述弹性件可拆卸地设置于所述柔性铰链上，所述弹性件与所述第二柔性件相抵，所述弹性件与所述刀具安装件分别位于所述第二柔性件相对的两侧。

2.根据权利要求1所述的快刀伺服装置，其特征在于，还包括第一螺纹件，所述主体框架上开设有第一螺纹孔，所述第二柔性件上开设有第一限位孔，所述弹性件的一端伸入于所述第一螺纹孔中，另一端伸入于所述第一限位孔中，所述第一螺纹件伸入于所述第一螺纹孔中，所述第一螺纹件的一端与所述弹性件的一端相抵。

3.根据权利要求1所述的快刀伺服装置，其特征在于，还包括第一紧固件，所述主体框架上开设有第一安装孔，所述第一紧固件伸入于所述第一安装孔中，所述第一柔性件上开设有第二限位孔，所述第一驱动件为第一压电陶瓷，所述第一压电陶瓷的一端伸入于所述第一安装孔中并与所述第一紧固件相抵，另一端伸入于所述第二限位孔中并与所述第一柔性件相抵。

4.根据权利要求1所述的快刀伺服装置，其特征在于，还包括第二驱动件，所述柔性铰链还包括第三柔性件，所述第三柔性件设置于所述主体框架上且与所述刀具安装件相连接，所述第二驱动件与所述刀具安装件分别位于所述第三柔性件相对的两侧，所述第二驱动件与所述第三柔性件驱动连接，所述第二驱动件用于驱动所述第三柔性件沿第二方向产生变形，所述第二方向与所述第一方向异向。

5.根据权利要求4所述的快刀伺服装置，其特征在于，还包括第二紧固件，所述主体框架上开设有第二安装孔，所述第二紧固件伸入于所述第二安装孔中，所述第三柔性件上开设有第三限位孔，所述第二驱动件为第二压电陶瓷，所述第二压电陶瓷的一端伸入于所述第二安装孔中并与所述第二紧固件相抵，另一端伸入于所述第三限位孔中并与所述第三柔性件相抵。

6.根据权利要求4所述的快刀伺服装置，其特征在于，所述第三柔性件包括第一柔性杆、第一柔性部及第二柔性部，所述第一柔性部的一端设置于所述第一柔性杆的一端上，另一端设置于所述主体框架上，所述第二柔性部的一端设置于所述第一柔性杆的另一端上，另一端设置于所述主体框架上。

7.根据权利要求6所述的快刀伺服装置，其特征在于，所述第一柔性杆包括第一子杆、第三柔性部、第四柔性部、第二子杆及第三子杆，所述第一子杆的一端设置于所述第一柔性部的一端上，另一端设置于所述第三柔性部的一端上，所述第二子杆的一端设置于所述第三柔性部的另一端上，另一端设置于所述第四柔性部的一端上，所述第三子杆的一端设置于所述第四柔性部的另一端上，另一端设置于所述第二柔性部的一端上。

8.根据权利要求4所述的快刀伺服装置，其特征在于，所述柔性铰链还包括第四柔性件，所述第四柔性件沿所述第二方向设置，所述第四柔性件的一端设置于所述刀具安装件上，另一端设置于所述第三柔性件上。

9.根据权利要求1所述的快刀伺服装置，其特征在于，所述柔性铰链还包括间隔设置的第五柔性件及第六柔性件，所述第五柔性件与所述第六柔性件均沿所述第一方向设置，所述第五柔性件与所述第六柔性件分别位于所述刀具安装件相对的两侧，所述第五柔性件的一端设置于所述刀具安装件上，另一端设置于所述第一柔性件上，所述第六柔性件的一端设置于所述刀具安装件上，另一端设置于所述第二柔性件上。

10.根据权利要求1至9任一项所述的快刀伺服装置，其特征在于，所述第一柔性件包括第五柔性部及第一活动杆，所述第五柔性部的一端设置于所述第一活动杆的一端上，另一端设置于所述主体框架上，所述第二柔性件包括第六柔性部及第二活动杆，所述第六柔性部的一端设置于所述第二活动杆的一端上，另一端设置于所述主体框架上。