一种微动工作台的制作方法

本发明涉及加工器械领域，特别是指一种微动工作台。

背景技术：

在80年代，麻省理工的A，Sharon等人提出了宏/微两极结构的概念，当今科学家已经对宏/微复合自由度控制的领域中展开了研究。随着纳米加工的应用日益火爆和迅速发展，在各类交叉学科，特别是高精密加工中，对宏/微符合控制都迫切的需要解决高定位精度，高分辨率的精密定位技术。而目前，包括慢伺服刀架，快刀伺服刀架都没有开发出角度与直线控制能一体的刀架或则平台成果。

现有技术中，用于纳米级加工的平台有Stewart平台，磁悬浮工作台，和家电工作台，前两者可满足大行程的定位需求，但本身对纳米级精度控制要求的响应并不足，需要辅以压电陶瓷驱动作为支撑的微控制模块来达到宏/微复合的精密控制结果。而现有的技术多使用宏微复合直线驱动平台，但现有技术欠缺直线运动与角度偏转运动结合的驱动模式，所以本人提出新的概念与结构结合的角度与直线复合微纳级运动平台。

技术实现要素：

本发明旨在提出一种可弥补现有技术的空缺，提供一个动态角度与直线复合微位移的微动工作台物理模型机构，该机构可实现智能刀架角度与直线微位移耦合运动的高精度补偿。

本发明的技术方案是这样实现的：一种微动工作台，包括：角度控制模块、直线控制模块和基座，所述基座设于所述直线控制模块上方，所述直线控制模块通过转动轴与轴槽实现与所述基座连接，所述角度控制包括固定组件、控制组件和柔性链接装置，所述固定组件位于所述基座一侧并通过柔性链接装置连接。其中，所述角度控制模块用于基座的角度输出与控制，所述直线控制模块用于所述基座的直线运动输出与控制，所述固定组件与所述基座相互分离，仅通过柔性链接装置连接，而同时，所述固定组件相对于整个所述微动工作台而言，都是坐标系中的一个不动的位置，区别于传统的旋转装置设置在直线移动装置之上，具有更高的控制精度。

进一步，所述柔性链接装置数量为2，对称连接在所述基座的一侧。两个所述柔性链接装置对称设置，形成对称设置的力偶。

进一步，所述柔性链接装置为压电陶瓷堆，能够实现纳米级的移动。

进一步，所述直线控制模块包括底板与位于所述底板下方刚性约束模组，所述刚性约束模组限制所述底板仅沿直线运动。

进一步，所述转动轴与所述轴槽分别位于所述底板/所述基座与所述基座/所述底板上，即可以为：所述转动轴固定在所述底板上，而所述轴槽设置于所述基座底部；或者所述转动轴固定在所述基座底部，而所述转动轴设置于所述底板上方；所述转动轴插入所述轴槽中。

进一步，对称设置的所述柔性链接装置通过所述控制组件输出对称力偶。

进一步，所述转动轴的轴心通过所述基座的质心，从而保证角度转动时更加精准。

进一步，所述柔性链接装置连接方向与所述刚性约束模组限制的运动方向平行。

此时，所述柔性铰链弹性体对称设计，并形成XY轴的轴线(其中Y轴为所述刚性约束模组限制运动的方向，X轴为两个所述柔性铰链弹性体连线的方向。其坐标系原点设置在角度偏转弧线对成的圆心上。

根据力学理论，力偶不改变物体质心的运动状态，只会使物体绕质心转动，所述角度控制模块通过输出对称力偶，保证所述微动工作台偏转角度条件下，其质心位置始终在Y坐标轴上。即物体转动轴通过质心，转动轴的方向与力偶矩的方向相同。在保证了所述微动工作台旋转中心不偏转的情况下，提高了精密控制的操作性并降低了动力学算法的复杂性。

直线控制模块在Y轴方向上输出推动力，作用力点始终在柔性铰链弹性体的XY轴的轴线坐标原点(角度偏转控制的圆心点)，推动所述微动工作台(刀架安装座)在Y轴方向实现微位移补偿。此方法巧妙利用了力偶实现角度偏转的控制同时，角度偏转的圆心同时也是直线微位移的受力点始终保持在Y轴上，保证了整体微位移的微纳级精度。

进一步，所述微动工作台还包括刀具，所述刀具固定在所述基座上。

本发明的所述微动工作台，利用力偶实现角度偏转的控制同时，角度偏转的圆心同时也是直线微位移的受力点始终保持在Y轴上，保证了整体微位移的微纳级精度，并结合所述直线控制模块在Y轴方向上输出推动力，实现了二维一体式角度与直线位移一体的精密定位微动，可应用于微动工作台/智能刀架安装座/定位平台，该平台能够在直线和转动两个自由度上进行精准微位移，具有高精度，高刚度，微角度偏转补偿，微直线补偿等特点，可以满足于复杂表面加工中刀具的直线与角度同时精确补偿需求，也可用于其它需要直线与角度同时微位移补偿情况。

本发明的角度与直线控制一体的所述微动工作台，可实现优于FTS与SSS在复杂三维表面加工中的灵活精密控制的反馈功能，且不依赖于数控系统的反馈控制，能达到在普通少轴机床上进行精密复杂表面加工的结果。其优势比现有并联机构的精度定位要明显提升，控制算法上更为简化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种微动工作台一个实施例的结构示意图；

图2为图1所示微动工作台的另一角度示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，一种微动工作台，包括：角度控制模块、直线控制模块和基座1，基座1设于直线控制模块上方，直线控制模块通过转动轴与轴槽6实现与基座连接，角度控制包括固定组件2、控制组件和柔性链接装置3，固定组件2位于基座1一侧并通过柔性链接装置3连接。其中，角度控制模块用于基座1的角度输出与控制，直线控制模块用于基座的直线运动输出与控制，固定组件2与基座1相互分离，仅通过柔性链接装置3连接，而同时，固定组件2相对于整个微动工作台而言，都是坐标系中的一个不动的位置，区别于传统的旋转装置设置在直线移动装置之上，具有更高的控制精度。

进一步，柔性链接装置3的数量为2，对称连接在基座1的一侧。两个柔性链接装置3对称设置，形成对称设置的力偶。

进一步，柔性链接装置3为压电陶瓷堆，能够实现纳米级的移动。

进一步，直线控制模块包括底板4与位于底板4下方刚性约束模组(图中未示出)，该刚性约束模组可以是导轨，刚性约束模组限制底板4仅沿直线运动。

进一步，转动轴与轴槽6分别位于底板4/基座1与基座1/底板4上，即可以为：转动轴固定在底板4上，而轴槽6设置于基座1底部(本实施例中即为此种情形)；或者转动轴固定在基座1底部，而轴槽6设置于底板4上方；转动轴插入轴槽6中。

进一步，对称设置的柔性链接装置3通过控制组件2输出对称力偶。

进一步，转动轴的轴心通过基座1的质心，从而保证角度转动时更加精准。

进一步，柔性链接装置3连接方向与刚性约束模组限制的运动方向平行。

进一步，微动工作台还包括刀具5，刀具5固定在基座1上。

该微动平台，通过柔性铰链弹性体对称设计，并形成XY轴的轴线(其中Y轴为刚性约束模组限制运动的方向，X轴为两个柔性铰链装置3连线的方向。其坐标系原点设置在角度偏转弧线对成的圆心上。

根据力学理论，力偶不改变物体质心的运动状态，只会使物体绕质心转动，角度控制模块通过输出对称力偶，保证微动工作台偏转角度条件下，其质心位置始终在Y坐标轴上。即物体转动轴通过质心，转动轴的方向与力偶矩的方向相同。在保证了微动工作台旋转中心不偏转的情况下，提高了精密控制的操作性并降低了动力学算法的复杂性。

直线控制模块在Y轴方向上输出推动力，作用力点始终在柔性铰链弹性体的XY轴的轴线坐标原点(角度偏转控制的圆心点)，推动微动工作台(刀架安装座)在Y轴方向实现微位移补偿。此方法巧妙利用了力偶实现角度偏转的控制同时，角度偏转的圆心同时也是直线微位移的受力点始终保持在Y轴上，保证了整体微位移的微纳级精度。

使用时，通过将固定组件2固定在其他加工装置上，该固定组件可以是固定板，也可以是其他的固定结构，通过2个堆成的压电陶瓷堆3，分别施加相反方向的力，形成对称力偶，且经过基座1的质心，基座1通过转动轴进行角度的偏转，而不发生Y轴方向的以及X轴方向的移动，其中，控制组件用于控制力偶的输出。

而直线控制模块用于产生Y轴方向上的推力，直线控制模块的推力也可以用压电陶瓷或者其他装置产生，而刚性约束模组(如导轨)则限制了其在X轴的移动。

因此，通过上述结构，可以简单而精准的实现动态角度与直线复合微位移。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。