10所示，通过第二压电叠堆32对串联柔性铰链 221的上半部分施加 Fyl的力，通过第三压电叠堆33对串联柔性铰链221的下半部分施加 Fy2的力，通过上述提供的具有相位差的正弦信号，使刀具卡槽23沿如图10中虚线所描述 的位置，沿椭圆轨迹运动，可以通过调节七和&3的大小以及相位Φ 2、Φ3的大小，进而调节 yz面内形成的椭圆轨迹的形状。通过上述X向的正弦驱动信号驱动的X向往复运动，以 及y向的两个正弦驱动信号驱动的yz面内的椭圆运动，可以合成空间三维椭圆运动，其原 理如图11所示，通过第一压电叠堆31对矩形框21施加 Fx的力，通过第二压电叠堆32对 串联柔性铰链221的上半部分施加 Fyl的力，通过第三压电叠堆33对串联柔性铰链221的 下半部分施加 Fy2的力，最终实现如图11右侧所述的三维椭圆运动。同样，可以通过调节 三个振动幅值叫、82和33的大小以及三个相位Φ i、Φ2、巾3的大小来调节三维空间内形成 的椭圆运动轨迹的形状。根据三个压电叠堆布置的具体位置，在每个压电叠堆的附近设置 与其相对应的电容位移传感器对压电叠堆进行实时检测，第一电容位移传感器41的检测 端对矩形框21的X向位移进行实时检测，第二电容位移传感器42和第三电容位移传感器 43分别对柔性铰链22上部分铰链和下部分铰链进行位移的实时检测，最终将实时测得的 位移信号呈现到计算机上以便对驱动压电的输入信号进行再控制。
[0066] 综上所述，本发明所述技术方案在水平方向上采用复合双平行四杆机构模式，该 模式不仅使的水平方向的位移大大增加，而且使得水平方向运动的柔性铰链上的应力大大 减小，提高了机构的使用寿命；本发明所述技术方案在yz面内采用的是两压电平行的二维 EVC结构方式，但由于在两端使用了串联的柔性铰链，中间采用一复合柔性铰链牵引，不仅 实现了低耦合运行下的高频率运动，而且结构简单，易于实现；本发明所述技术方案中柔顺 导向单元采用线切割加工的板型一体机构，减小了传统装配的误差。
[0067] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对 本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可 以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发 明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
【主权项】
1. 基于三压电驱动的椭圆振动切削辅助装置，其特征在于，该装置包括支撑机构（I)、 柔顺导向机构（2)和驱动机构（3)，所述柔顺导向机构（2)和驱动机构（3)固定在支撑机构 (1)上，所述驱动机构⑶以点接触方式驱动柔顺导向机构⑵； 所述柔顺导向机构（2)包括第一铰链支撑块（24)、第二铰链支撑块（25)、矩形框（21) 以及对称设置在矩形框（21)上的第一铰链组（26)、第二铰链组（27)、第三铰链组（28)和 第四铰链组（29);第一铰链组（26)的一端和第二铰链组（27)的一端固定在矩形框（21) 上，第一铰链组（26)的另一端和第二铰链组（27)的另一端固定在第一铰链支撑块（24) 上；第三铰链组（28)的一端和第四铰链组（29)的一端固定在矩形框（21)上，第三铰链组 (28)的另一端和第四铰链组（29)的另一端固定在第二铰链支撑块（25)上，所述第一铰链 支撑块（24)和第二铰链支撑块（25)固定在支撑机构（1)上；第一铰链支撑块（24)、第二铰 链支撑块（25)、矩形框（21)以及对称设置在矩形框（21)上的第一铰链组（26)、第二铰链 组（27)、第三铰链组（28)和第四铰链组（29)形成复合双平行四杆机构；所述矩形支撑框 (21)进一步设有带有刀具卡槽（23)的组合柔性铰链（22)，所述刀具卡槽（23)位于矩形支 撑框（21)的几何中心，所述组合柔性铰链（22)包括串联柔性铰链（221)和复合柔性铰链 (222)，所述串联柔性铰链（221)和复合柔性铰链（222)的一端的连接点位于所述道具卡槽 (23)处，复合柔性铰链（222)的另一端固定在矩形框（21)上； 所述驱动机构（3)包括固定在支撑机构（1)上的第一压电叠堆（31)、第二压电叠堆 (32)和第三压电叠堆（33); 所述第一压电叠堆（31)驱动柔顺导向机构（2)在X方向做往复运动，所述第二压电叠 堆（32)和第三压电叠堆（33)以交错驱动的方式驱动柔顺导向机构（2)合成yz面上的椭 圆轨迹。2. 根据权利要求1所述的椭圆振动切削辅助装置，其特征在于， 所述第一铰链组（26)包括第一铰链（261)和第二铰链（262);所述第一铰链（261)的 一端和第二铰链（262)的一端固定连接，所述第一铰链（261)的另一端和第二铰链（262) 的另一端分别固定在第一铰链支撑块（24)和矩形框（21)上，所述第一铰链（261)和第二 铰链（262)平行放置； 所述第二铰链组（27)包括第三铰链（271)和第四铰链（272)，所述第三铰链（271)的 一端和第四铰链（272)的一端固定连接，所述第三铰链（271)的另一端和第四铰链（272) 的另一端分别固定在第一铰链支撑块（24)和矩形框（21);所述第三铰链（271)和第四铰 链（272)平行放置； 所述第三铰链组（28)包括第五铰链（281)和第六铰链（282)，所述第五铰链（281)的 一端和第六铰链（282)的一端固定连接，所述第五铰链（281)的另一端和第六铰链（282) 的另一端分别固定在第二铰链支撑块（25)和矩形框（21);所述第五铰链（281)和第六铰 链（282)平行放置； 所述第四铰链组（29)包括第七铰链（291)和第八铰链（292)，所述第七铰链（291)的 一端和第八铰链（292)的一端固定连接，所述第七铰链（291)的另一端和第八铰链（292) 的另一端分别固定在第二铰链支撑块（25)和矩形框（21);所述第七铰链（291)和第八铰 链（292)平行放置。3. 根据权利要求2所述的椭圆振动切削辅助装置，其特征在于，所述柔顺导向机构为 线切割加工的一体结构。4. 根据权利要求2所述的椭圆振动切削辅助装置，其特征在于，所述支撑机构（1)包括 底座（11)、顶盖板（12)以及设置在底座（11)和顶盖板（12)之间的用于固定柔顺导向机构 (2)的左侧立板（13)和右侧立板（14);所述左侧立板（13)和右侧立板（14)靠近柔顺导向 机构（2)的一侧设有用于定位支撑所述第一铰链支撑块（24)和第二铰链支撑块（25)的定 位凸台；所述右侧立板（14)上设有用于放置第一压电叠堆（31)的第一压电叠堆定位螺孔 (141)〇5. 根据权利要求4所述的椭圆振动切削辅助装置，其特征在于，所述底座（11)与左侧 立板（13)和右侧立板（14)形成U型的支撑结构，所述底座（11)上设有与外部设备固定的 至少三个底座定位孔（111)。6. 根据权利要求4所述的椭圆振动切削辅助装置，其特征在于，所述支撑机构（1)进一 步包括固定在左侧立板（13)和右侧立板（14)上的前盖板（15)，所述前盖板（15)设置有用 于容纳所述刀具卡槽的空口（153)。7. 根据权利要求4所述的椭圆振动切削辅助装置，其特征在于，所述支撑机构（1)进一 步包括固定在所述左侧立板（13)和右侧立板（14)上的后盖板（16)，所述后盖板上设有用 于放置第二压电叠堆（32)的第二压电叠堆定位螺孔（161)和用于放置第三压电叠堆（33) 的第三压电叠堆定位螺孔（163)。8. 根据权利要求6所述的椭圆振动切削辅助装置，其特征在于，该装置进一步包括用 于检测三组压电叠堆位移的检测单元（4)。9. 根据权利要求8所述的椭圆振动切削辅助装置，其特征在于，该检测单元（4)包括第 一电容位移传感器（41)、第二电容位移传感器（42)和第三电容位移传感器（43)。10. 根据权利要求9所述的椭圆振动切削辅助装置，其特征在于，所述支撑机构（1)进 一步包括 设置在左侧立板（13)上的用于放置第一电容位移传感器（41)的第一固定卡盘 (133)； 设置在后盖板（16)上用于放置第二电容位移传感器（42)和第三电容位移传感器（43) 的第二固定卡盘（167)和第三固定卡盘（168)。
【专利摘要】本发明公开了一种基于三压电驱动的椭圆振动切削辅助装置，该装置包括支撑机构、柔顺导向机构和驱动机构，所述柔顺导向机构和驱动机构固定在支撑机构上，所述驱动机构以点接触方式驱动柔顺导向机构，所述驱动机构驱动柔顺导向机构在x方向做往复运动，在yz面上做椭圆轨迹运动。本发明所述技术方案在水平方向上采用复合双平行四杆机构模式，该模式不仅使的水平方向的位移大大增加，而且使得水平方向运动的柔性铰链上的应力大大减小，提高了机构的使用寿命；本发明所述技术方案在yz面内采用两端串联中间复合的组合柔性铰链与两个平行压电配合，实现了低耦合运行下的高频率运动；本方案采用柔顺导向单元一体化，减小了传统装配的误差。
【IPC分类】B23D79/00
【公开号】CN104942377
【申请号】CN201510393592
【发明人】林洁琼, 韩金国, 卢明明, 谷岩, 李迎春
【申请人】长春工业大学
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年7月7日