本實(shí)用新型涉及快速刀具伺服器技術(shù)，特別是一種三自由度并聯(lián)平動(dòng)快速刀具伺服器。

背景技術(shù)：

快刀伺服系統(tǒng)(fasttoolservo,FTS)也稱(chēng)為快速刀具伺服系統(tǒng)、微進(jìn)給伺服系統(tǒng)或快速伺服刀架等。在非圓數(shù)控車(chē)削或非對(duì)稱(chēng)車(chē)削的機(jī)床上安裝FTS，車(chē)削過(guò)程中，主軸帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，刀具在FTS的驅(qū)動(dòng)下，以主軸轉(zhuǎn)速相關(guān)聯(lián)的頻率沿工件徑向(對(duì)于非圓車(chē)削)或軸向(對(duì)于非軸對(duì)稱(chēng)車(chē)削)做往復(fù)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而加工出工件的非圓截面輪廓或非軸對(duì)稱(chēng)端面。在非圓數(shù)控車(chē)削中， FTS的應(yīng)用可加工內(nèi)燃機(jī)活塞輪廓、凸輪軸、凸輪、非圓軸承內(nèi)輪廓等。在非軸對(duì)稱(chēng)車(chē)削中，采用金剛石作為刀具，在FTS驅(qū)動(dòng)下，車(chē)削光學(xué)元件的非軸對(duì)稱(chēng)表面，可重復(fù)加工具有復(fù)雜形狀的各種異形元件，例如：自由曲面透鏡/鏡面、微鏡陣列、微溝槽陣列等。

迄今，F(xiàn)TS已經(jīng)經(jīng)歷了多年的快速發(fā)展，各種類(lèi)型的FTS相繼涌現(xiàn)。當(dāng)前，加工工件的表面復(fù)雜程度日益提高，對(duì)FTS的響應(yīng)頻率、工作行程、跟蹤精度等各項(xiàng)性能提出了更高的要求，F(xiàn)TS的研究已成為超精密加工領(lǐng)域當(dāng)前的研究重點(diǎn)之一，但是目前慣用的FTS結(jié)構(gòu)存在較多矛盾，例如，占空間巨大，在生產(chǎn)加工中的應(yīng)用極為不便，而且制造成本過(guò)高；而結(jié)構(gòu)較為精簡(jiǎn)的，只能僅局限于單自由度，不能多方位補(bǔ)償位移。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提出一種三自由度并聯(lián)平動(dòng)快速刀具伺服器，該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，具有較佳的穩(wěn)定性。

為達(dá)此目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：

一種三自由度并聯(lián)平動(dòng)快速刀具伺服器，包括安裝底座、橋式放大結(jié)構(gòu)、支鏈和末端執(zhí)行裝置；

所述橋式放大結(jié)構(gòu)和所述支鏈均設(shè)有三組，每個(gè)所述橋式放大結(jié)構(gòu)上均豎向安裝一個(gè)所述支鏈；

三組所述橋式放大結(jié)構(gòu)以安裝底座的中心為圓心，呈等間距環(huán)形陣列的方式安裝于所述安裝底座；

三組所述支鏈構(gòu)成支架結(jié)構(gòu)，三組所述支鏈的端部共同安裝于所述末端執(zhí)行裝置。

較佳地，所述橋式放大結(jié)構(gòu)包括安裝底座、左安裝座、右安裝座、左連桿、右連桿和聯(lián)動(dòng)座；

所述左安裝座和右安裝座通過(guò)鉸鏈A豎向鉸接于所述安裝底座上表面的左邊和右邊；

所述左連桿兩端分別通過(guò)鉸鏈A鉸接于所述左安裝座上部分和聯(lián)動(dòng)座的左側(cè)，所述右連桿兩端分別通過(guò)鉸鏈A鉸接于所述右安裝座上部分和聯(lián)動(dòng)座的右側(cè)，所述聯(lián)動(dòng)座位于所述左安裝座和右安裝座之間；

所述左安裝座和右安裝座之間設(shè)有位移驅(qū)動(dòng)裝置，所述位移驅(qū)動(dòng)裝置兩端固定于所述左安裝座和右安裝座的下部分；

所述支鏈安裝于所述聯(lián)動(dòng)座。

進(jìn)一步地，所述支鏈由下到上依次為第一安裝段、連桿段和第二安裝段，所述第一安裝段呈豎向設(shè)置，所述第二安裝段呈水平設(shè)置，所述連桿段呈傾斜狀設(shè)置；

所述連桿段兩端分別設(shè)有第一柔性虎克鉸鏈和第二柔性虎克鉸鏈，所述第一柔性虎克鉸鏈包括第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽和第四凹槽，第一凹槽和第二凹槽的分隔面相互垂直，第三凹槽和第四凹槽的分隔面相互垂直，兩個(gè)彼此垂直的凹槽不相通；

所述第二柔性虎克鉸鏈包括第五凹槽、第六凹槽、第七凹槽和第八凹槽，所述第五凹槽、第六凹槽、第七凹槽和第八凹槽的分隔面分別平行于第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽和第四凹槽的分隔面。

較佳地，所述末端執(zhí)行器包括安裝盤(pán)和刀具；

所述安裝盤(pán)和安裝底座均呈圓形，所述安裝盤(pán)和安裝底座的圓心位于同一軸線(xiàn)，所述安裝盤(pán)的圓心固定設(shè)有刀具。

進(jìn)一步地，所述左連桿和右連桿呈水平設(shè)置，所述左安裝座、右安裝座由下到上設(shè)有多組左連桿和右連桿。

較佳地，所述聯(lián)動(dòng)座設(shè)有榫頭，所述支鏈下端設(shè)有容納榫頭的插槽，所述榫頭和插槽均設(shè)有螺釘孔；所述聯(lián)動(dòng)座和所述支鏈通過(guò)榫頭和插槽裝配，之后通過(guò)螺釘進(jìn)行固定；

或，所述聯(lián)動(dòng)座和所述支鏈為一體化結(jié)構(gòu)。

較佳地，每個(gè)凹槽的結(jié)構(gòu)形式相似，其兩側(cè)面相互平行，底部為小圓弧面。

進(jìn)一步地所述位移驅(qū)動(dòng)裝置端部設(shè)有保護(hù)套筒，所述保護(hù)套筒為彈性套筒；所述位移驅(qū)動(dòng)裝置為壓電陶瓷。

較佳地，所述左安裝座和右安裝座下部分均設(shè)有滾珠，所述位移驅(qū)動(dòng)裝置兩端面分別抵貼于所述左安裝座和右安裝座的滾珠。

較佳地，所述鉸鏈為圓弧型柔性鉸鏈

裝置使用橋式放大結(jié)構(gòu)，使位移驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生的微小的驅(qū)動(dòng)形變放大，從而使末端執(zhí)行裝置具有更大的位移量，使其工作空間大大增加，解決了并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間狹小的缺陷，從而能夠適用于更多的加工領(lǐng)域和更多規(guī)格的部件加工；將位移驅(qū)動(dòng)裝置微小的位移輸出放大成更大的位移，從而驅(qū)動(dòng)末端執(zhí)行裝置具有更大的角度調(diào)整空間，從而最終使末端執(zhí)行裝置行程增大FTS的工作空間；單個(gè)位移驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)一組橋式放大機(jī)構(gòu)，使移驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生的位移量能快速地通過(guò)橋式放大機(jī)構(gòu)傳遞到末端執(zhí)行器；三個(gè)壓電陶瓷輸入位移的相互配合與虎克鉸鏈的約束使該機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)三平動(dòng)。由于本方案是由三個(gè)壓電陶瓷的輸入位移共同驅(qū)動(dòng)刀具，確定其空間位置，因此其相較于其他三自由度FTS 機(jī)構(gòu)，本方案不易發(fā)生XYZ三方向移動(dòng)的相互干擾而使精度降低。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的安裝結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的橋式放大結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖2中C處的局部放大圖；

圖4是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的支鏈的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的第一柔性虎克鉸鏈的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的第一柔性虎克鉸鏈的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：安裝底座100、橋式放大結(jié)構(gòu)200、底座210、左安裝座220、右安裝座230、左連桿240、右連桿250、聯(lián)動(dòng)座260、位移驅(qū)動(dòng)裝置270、保護(hù)套筒 271、支鏈300、第一安裝段310、連桿段320、第二安裝段330、第一柔性虎克鉸鏈340、第一凹槽341、第二凹槽342、第三凹槽343、第四凹槽344、第二柔性虎克鉸鏈350、第五凹槽351、第六凹槽352、第七凹槽353、第八凹槽354、末端執(zhí)行裝置400、安裝盤(pán)410、刀具420、鉸鏈A、滾珠B。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并通過(guò)具體實(shí)施方式來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。

如圖1-6所示，一種三自由度并聯(lián)平動(dòng)快速刀具伺服器，包括安裝底座 100、橋式放大結(jié)構(gòu)200、支鏈300和末端執(zhí)行裝置400；

所述橋式放大結(jié)構(gòu)200和所述支鏈300均設(shè)有三組，每個(gè)所述橋式放大結(jié)構(gòu)200上均豎向安裝一個(gè)所述支鏈300；

三組所述橋式放大結(jié)構(gòu)200以安裝底座100的中心為圓心，呈等間距環(huán)形陣列的方式安裝于所述安裝底座100；

三組所述支鏈300構(gòu)成支架結(jié)構(gòu)，三組所述支鏈300的端部共同安裝于所述末端執(zhí)行裝置400。

通過(guò)三組橋式放大結(jié)構(gòu)200和三組支鏈300構(gòu)成的微動(dòng)裝置，使設(shè)置在支鏈300的末端執(zhí)行裝置400具有了X、Y和Z三個(gè)自由度，從而可以通過(guò)控制設(shè)置在橋式放大結(jié)構(gòu)200中的位移驅(qū)動(dòng)裝置270輸出相同的位移同時(shí)，平臺(tái)在Z 軸方向平移,當(dāng)三個(gè)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器基于雅可比矩陣的關(guān)系輸出位移時(shí)，平臺(tái)會(huì)沿著X或Y方向平移；裝置使用橋式放大結(jié)構(gòu)200，使位移驅(qū)動(dòng)裝置270產(chǎn)生的微小的驅(qū)動(dòng)形變放大，從而使末端執(zhí)行裝置400具有更大的位移量，使其工作空間大大增加，解決了并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間狹小的缺陷，從而能夠適用于更多的加工領(lǐng)域和更多規(guī)格的部件加工。

其中，所述橋式放大結(jié)構(gòu)200包括安裝底座210、左安裝座220、右安裝座 230、左連桿240、右連桿250和聯(lián)動(dòng)座260；

所述左安裝座220和右安裝座230通過(guò)鉸鏈A豎向鉸接于所述安裝底座210 上表面的左邊和右邊；

所述左連桿240兩端分別通過(guò)鉸鏈A鉸接于所述左安裝座220上部分和聯(lián)動(dòng)座260的左側(cè)，所述右連桿250兩端分別通過(guò)鉸鏈A鉸接于所述右安裝座230 上部分和聯(lián)動(dòng)座260的右側(cè)，所述聯(lián)動(dòng)座260位于所述左安裝座220和右安裝座230之間；

所述左安裝座220和右安裝座230之間設(shè)有位移驅(qū)動(dòng)裝置270，所述位移驅(qū)動(dòng)裝置270兩端固定于所述左安裝座220和右安裝座230的下部分；

所述支鏈300安裝于所述聯(lián)動(dòng)座260。

利用三組橋式放大機(jī)構(gòu)200放置的位移驅(qū)動(dòng)裝置270直接輸出一個(gè)微小的位移，并且通過(guò)相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系(常雅可比矩陣方程)確定三自由度的輸出，從而實(shí)現(xiàn)并聯(lián)高精度的驅(qū)動(dòng)效果；三組橋式放大機(jī)構(gòu)200具有放大效果，可以將位移驅(qū)動(dòng)裝置270微小的位移輸出放大成更大的位移，從而驅(qū)動(dòng)末端執(zhí)行裝置400具有更大的角度調(diào)整空間，從而最終使末端執(zhí)行裝置400行程增大FTS 的工作空間；單個(gè)位移驅(qū)動(dòng)裝置270驅(qū)動(dòng)一組橋式放大機(jī)構(gòu)200，使移驅(qū)動(dòng)裝置 270產(chǎn)生的位移量能快速地通過(guò)橋式放大機(jī)構(gòu)200傳遞到末端執(zhí)行器400。

此外，所述支鏈300由下到上依次為第一安裝段310、連桿段320和第二安裝段330，所述第一安裝段310呈豎向設(shè)置，所述第二安裝段330呈水平設(shè)置，所述連桿段320呈傾斜狀設(shè)置；

所述連桿段320兩端分別設(shè)有第一柔性虎克鉸鏈340和第二柔性虎克鉸鏈 350，所述第一柔性虎克鉸鏈包括第一凹槽341、第二凹槽342、第三凹槽343 和第四凹槽344，第一凹槽341和第二凹槽342的分隔面相互垂直，第三凹槽 343和第四凹槽344的分隔面相互垂直，兩個(gè)彼此垂直的凹槽不相通；

所述第二柔性虎克鉸鏈350包括第五凹槽351、第六凹槽352、第七凹槽353 和第八凹槽354，所述第五凹槽351、第六凹槽352、第七凹槽353和第八凹槽 354的分隔面分別平行于第一凹槽341、第二凹槽342、第三凹槽343和第四凹槽344的分隔面。

橋式放大結(jié)構(gòu)200是通過(guò)控制三個(gè)位移驅(qū)動(dòng)裝置270輸出位移，從而令其滿(mǎn)足我們所建立的雅可比矩陣，三個(gè)壓電陶瓷輸入位移的相互配合與虎克鉸鏈的約束使該機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)三平動(dòng)。由于本方案是由三個(gè)壓電陶瓷的輸入位移共同驅(qū)動(dòng)刀具，確定其空間位置，因此其相較于其他三自由度FTS機(jī)構(gòu)，本方案不易發(fā)生XYZ三方向移動(dòng)的相互干擾而使精度降低。另外，本作品通過(guò)在壓電陶瓷輸入端增加柔性位移放大機(jī)構(gòu)而使其工作空間大大增加，解決了并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間狹小的缺陷。

較佳地，所述末端執(zhí)行器400包括安裝盤(pán)410和刀具420；

所述安裝盤(pán)410和安裝底座100均呈圓形，所述安裝盤(pán)410和安裝底座100 的圓心位于同一軸線(xiàn)，所述安裝盤(pán)410的圓心固定設(shè)有刀具420。

末端執(zhí)行器400的安裝盤(pán)410由支鏈300驅(qū)動(dòng)，這里將刀具420設(shè)置在安裝盤(pán)410中心，有利于刀具420的控制，也能夠?yàn)榈毒?20提供足夠的支撐力。

此外，所述左連桿240和右連桿250呈水平設(shè)置，所述左安裝座220、右安裝座230由下到上設(shè)有多組左連桿240和右連桿250。

增加橋式放大結(jié)構(gòu)上的左連桿240和右連桿250，增大橋式放大結(jié)構(gòu)的剛度，從而增加了橋式放大結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使位移傳遞更穩(wěn)定。

作為對(duì)上述技術(shù)的補(bǔ)充，所述聯(lián)動(dòng)座260設(shè)有榫頭，所述支鏈300下端設(shè)有容納榫頭的插槽，所述榫頭和插槽均設(shè)有螺釘孔；所述聯(lián)動(dòng)座260和所述支鏈300通過(guò)榫頭和插槽裝配，之后通過(guò)螺釘進(jìn)行固定；

或，所述聯(lián)動(dòng)座260和所述支鏈300為一體化結(jié)構(gòu)。

聯(lián)動(dòng)座260設(shè)置榫頭和支鏈300進(jìn)行裝配，之后再通過(guò)螺釘固定，這種可拆卸結(jié)構(gòu)有利于結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)和裝配，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，緊密固定后不影響位移的傳遞；而一體化設(shè)置是最利于位移傳遞的結(jié)構(gòu)。

此外，每個(gè)凹槽的結(jié)構(gòu)形式相似，其兩側(cè)面相互平行，底部為小圓弧面。

小圓弧面有較大的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍，運(yùn)動(dòng)靈敏度高，適合緊密微動(dòng)調(diào)整。

此外，所述位移驅(qū)動(dòng)裝置270端部設(shè)有保護(hù)套筒271，所述保護(hù)套筒271為彈性套筒；所述位移驅(qū)動(dòng)裝置270為壓電陶瓷。

壓電陶瓷體積小、不吸潮、壽命長(zhǎng)，具有較高的定位精度和分辨率，最適合用作微動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)；而彈性套筒作為壓電陶瓷的保護(hù)裝置，可在不影響壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的使用性能的情況下，保護(hù)驅(qū)動(dòng)器。

此外，所述左安裝座220和右安裝座230下部分均設(shè)有滾珠B，所述位移驅(qū)動(dòng)裝置兩端面分別抵貼于所述左安裝座220和右安裝座230的滾珠B。

位移驅(qū)動(dòng)裝置270向橋式放大結(jié)構(gòu)200傳遞位移量的時(shí)候，如果二者是面接觸，受力方向并不是直線(xiàn)傳遞，所以通過(guò)滾珠B與位移驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行安裝，能夠確保受力的穩(wěn)定性和減少變形得偏差。

此外，所述鉸鏈A為圓弧型柔性鉸鏈。

圓弧型柔性鉸鏈有較大的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍，并且不存在機(jī)械摩擦，還具有運(yùn)動(dòng)靈敏度高和無(wú)間隙的優(yōu)點(diǎn)，適合緊密微動(dòng)調(diào)整。

以上結(jié)合具體實(shí)施例描述了本實(shí)用新型的技術(shù)原理。這些描述只是為了解釋本實(shí)用新型的原理，而不能以任何方式解釋為對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制?；诖颂幍慕忉?zhuān)绢I(lǐng)域的技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造S性的勞動(dòng)即可聯(lián)想到本實(shí)用新型的其它具體實(shí)施方式，這些方式都將落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。