[实用新型]一种大行程三自由度直线式快速刀具伺服装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种大行程三自由度直线式快速刀具伺服装置。适用于超精密车削以及光学精密零件车削加工等技术领域。 

背景技术

光学自由曲面具有改善光学性能、实现结构轻量化等显著优点，这使得自由曲面光学零件不仅在航天、航空、国防等诸多工业领域有着重要的应用，而且在其它面向消费者的工业领域(例如汽车、数字相机、移动电话、图像处理、光纤通讯)也有着极其广泛的应用需求。 

自由曲面光学零件能否成功地应用于包括面向消费者工业的各个领域，其关键还在于能否高效精密地创成光学自由曲面。基于FTS的金刚石车削被国际学术界和工业界普遍认为是一种最有发展前途的光学自由曲面创成方法 

现有的大多数FTS主要还局限于单自由度的FTS和两自由度FTS，例如沿Z轴往复移动的FTS、绕Y轴往复摆动的FTS和沿X、Z轴两个方向的往复移动的FTS，且现有的FTS行程大多为微米级，这使得现有的FTS不能实现X轴、Y轴和Z轴的大行程同步往复运动，无法对曲率半径变化较大的自由曲面进行创成式加工，从而难以实现以表面形貌自主控制为目标的刀具路径规划方法。 

发明内容

本实用新型提供一种大行程三自由度直线式快速刀具伺服装置，主要用于超精密车削以及光学精密零件车削加工等技术领域，实现了金刚石刀具在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的大行程、高频、往复直线运动。 

本实用新型采取以下技术方案进行功能实现：左支板、右支板、后支板分别与基座、上盖板固定连接；后侧板与底座固定连接；上侧板分别与上盖板、上支板固定连接；主柔性铰链与基座、上盖板固定连接。 

X向音圈电机的定子部分与后侧板固定连接，X向音圈电机的动子部分与X向解耦装置固定连接，X向解耦装置固定在后支板上，通过X向解耦臂与主柔性铰链固定连接；Y向音圈电机的定子部分与左支板固定连接，Y向音圈电机的动子部分与主柔性铰链固定连接；Z向音圈电机的定子部分与上支板固定连接，Z向音圈电机的动子部分与Z向解耦装置固定连接，Z向解耦装置固定在上盖板上，通过Z向解耦臂与主柔性铰链固定连接；金刚石刀具固定在主柔性铰链的导向平台上。 

所述的三自由度主柔性铰链是一个结构高度对称的整体结构，X向导向机构、Y向导向机构、Z向导向机构构成一个串联系统，X向导向机构和Z向导向机构嵌套在Y向导向机构运动平台上，X向导向机构嵌套在Z向导向机构运动平台上；Y方向部分由外铰链组与主柔性铰链机体进行铰接，Y向八组导向臂分别与外铰链组和内铰链组进行铰接，Y向两个运动支撑臂分别与内柔性铰链组进行铰接；Z方向部分由外铰链组与Y方向运动支撑臂进行铰接，Z向八组导向臂分别与外铰链组和内铰链组进行铰接，Z向两个 运动支撑臂分别与内柔性铰链组进行铰接；X方向部分由外铰链组与Z方向运动支撑臂进行铰接，X向八组导向臂分别与外铰链组和内铰链组进行铰接，X向导向平台与内柔性铰链组进行铰接。 

所述的X向解耦装置可对来自Y向、Z向导向机构产生的耦合运动进行高精度解耦，X向解耦装置的四个柔性臂分别与后支板固定连接，X向解耦装置的前解耦臂由两组柔性铰链组垂直分布构成，X向解耦器通过解耦臂前端与主柔性铰链装置的X向导向平台固定连接，后运动导向臂与X向音圈电机动子部分固定连接。 

所述的Z向解耦装置可对来自Y向导向机构产生的耦合运动进行高精度解耦，Z向解耦装置的四个柔性臂分别与上盖板固定连接，Z向解耦装置的前解耦臂由一组直角切口型柔性铰链组构成，Z向解耦装置通过解耦臂前端与主柔性铰链装置的Z运动支撑臂固定连接，后运动导向臂与Z向音圈动子部分固定连接。 

本实用新型优点：本实用新型可以实现FTS装置在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向皆可获得毫米级的大行程运动，主要适用于具有较大曲率半径变化的自由曲面金刚石车削创成；本实用新型涉及的解耦装置可以实现将所述的一种大行程三自由度直线式快速刀具伺服装置在各自由度方向产生的耦合位移控制在纳米级，实现精密解耦；本实用新型具有结构简单、成本低、效率高等优点；本实用新型涉及的一种大行程三自由度直线式快速刀具伺服装置可以实现多自由度、高频、大行程往复直线运动。 

附图说明

图1为一种大行程三自由度直线式快速刀具伺服装置轴测图； 

图2为一种大行程三自由度直线式快速刀具伺服装置侧视图； 

图3为一种大行程三自由度直线式快速刀具伺服装置正视图； 

图4为一种大行程三自由度直线式快速刀具伺服装置中主柔性铰链三维结构图；