[发明专利]一种硬脆复杂结构无主轴多极伺服研抛装置及研抛方法

权利要求书

1.一种硬脆复杂结构无主轴多极伺服研抛装置，其特征在于：包括无主轴刀具机构(101)、真空吸附盘(103)、工件转台(104)、X轴平移运动台(106)、机架(107)、Z轴平移运动台(108)、底部适配器(109)、高度调节器(110)、转接板(111)和高度微调件(112)构成；

无主轴刀具机构(101)安装在高度微调件(112)上，高度微调件(112)安装在转接板(111)上，转接板安装在高度调节器(110)上，高度调节器(110)安装在底部适配器(109)上，底部适配器(109)安装在Z轴平移运动台(108)上、Z轴平移运动台安装在机架上；真空吸附盘安装在工件转台上，工件转台通过支架安装在X轴运动平台上，X轴运动平台安装在机架上；

所述的无主轴刀具机构包括刀头(201)、刀头固定架(202)、压电陶瓷A(203)、压电陶瓷B(204)、垫片(205)、刀架(206)、柔性铰链(207)、末端执行器(208)、压电陶瓷C(209)、内轴(210)、端盖(211)和位移传感器(212)；

刀头(201)安装在刀头固定架(202)上，刀头固定架固定设置在压电陶瓷A(203)上，压电陶瓷A固定设置在压电陶瓷B(204)上，压电陶瓷B固定设置在垫片(205)上，垫片固定安装在刀架(206)上，刀架与末端执行器(208)固定连接，所述的末端执行器(208)实心钢块一体化加工而成，包括左右两边的固定架、柔性铰链(207)和执行块；末端执行器(208)通过柔性铰链(207)与固定架连接，所述的压电陶瓷C(209)为中空圆柱体，压电陶瓷C(209)内设有中空内轴(210)，内轴的外径与压电陶瓷C内径相等，内轴的一端与末端执行器(208)之间设有位移传感器(212)，内轴另一端设有端盖，端盖固定设置在固定架上。

2.如权利要求1所述的一种硬脆复杂结构无主轴多极伺服研抛装置，其特征在于：所述的柔性铰链为直圆形柔性铰链。

3.如权利要求1所述的一种硬脆复杂结构无主轴多极伺服研抛装置，其特征在于：所述的刀头固定架(202)、压电陶瓷A(203)、压电陶瓷B(204)之间通过胶水固定。

4.如权利要求1所述的一种硬脆复杂结构无主轴多极伺服研抛装置，其特征在于：

无主轴刀具机构的整体刚度在10N/μm-200N/μm，避免装置在工作过程中出现共振；X平移运动台行程100cm，Z轴平移运动台行程30cm；压电陶瓷C低频振动，频率在0-200Hz，沿着Z轴方向微运动，行程在0-1000μm。

5.如权利要求1所述的一种硬脆复杂结构无主轴多极伺服研抛装置，其特征在于：

压电陶瓷A、B高频振动，频率在1kHz-100kHz，压电陶瓷A在电压激励下沿着X轴方向实现剪切微运动，压电陶瓷B在电压激励下沿着Y轴方向微运动，两块压电陶瓷振动幅度为5-50μm，等效转速在0-3000rpm区间可调。

6.如权利要求1所述的一种硬脆复杂结构无主轴多极伺服研抛装置的研抛方法，其特征在于：

第一级伺服控制通过X轴平移运动台、Z轴平移运动台、工件转台和压电陶瓷C实现；工件被固定在工件转台的真空吸附盘上，工件转台带动真空吸附盘旋转，配合X轴平移运动台，形成平面螺旋加工轨迹，刀具在XY平面内的任意位置对工件进行加工；Z轴平移运动台控制刀具进给，形成工件的基本低频轮廓；真空吸附盘旋转信号经过编码器细分，脉冲信号触发压电陶瓷C产生微运动，形成被加工工件复杂轮廓，实现工件微纳形貌追踪；

第二级伺服控制通过压电陶瓷A和压电陶瓷B实现；控制压电陶瓷A、压电陶瓷B驱动电压的相位差相差π/2，使得刀头在XY平面内做无主轴圆周旋转运动，实现替代主轴的功能；同时无主轴圆周旋转运动轨迹的交叠使得工具在延性域内加工工件，研抛去除材料深度小于临界深度。