基于柔性铰链结构的新型双向微动工作台的研究

基于柔性铰链结构的新型双向微动工作台的研究＊高鹏（北京航空航天大学北京１０００８３）袁哲俊姚英学（哈尔滨工业大学哈尔滨１５０００１）０引言以柔性铰链为导向机构的超高精度微动工作台已被广泛用于能束加工、超精密检测、微操作系统等要求具有纳米级定位分辨率的...     

复合型柔性铰链机构特性及其应用研究

复合型柔性铰链是目前在精密机械中广泛应用的一种新型铰链形式,可作为全柔性和部分柔性机构,应用于存储释放能量以及高频振动等场合.本文概括了复合型柔性铰链的特点,对直梁型、圆弧型和复合型柔性铰链作了分析比较,并采用自由度计算公式,对刚性机构、基于复合型柔性铰链的部分柔性机构和全柔性机构进行了自由度分析,以探讨它们的机构能力和可控性.最后介绍了复合型柔性铰链在微机器人的应用,包括仿生扑翼机构的研制和实验.     

压电驱动柔性铰链机构传动实现超精密定位

简单介绍压电元件和柔性铰链的概念与特点。列举压电元件与柔性铰链机构结构实现超精密定位的典型例子，包括超精密测量、超精密加工、光学自动聚焦和大行程超精密定位。为使超精密定位工作台的结构紧凑，提出单驱动多自由度运动机构。应用蠕动式的运动原理可合成机构上的多自由度运动，并实现大行程运动。设计了对称结构的柔性铰链机构实现导向功能。制造和装配了微小型平面工作台。     

空间微动平台的柔性铰链参数优化设计

在微位移技术中,柔性铰链是实现微位移和高分辨率的理想机构。结合空间微动平台的特点：轻量化、小尺寸、尽可能高的一阶共振频率,以及满足平台工作行程、驱动器推力大小、和材料许用应力等要求,通过对柔性铰链公式的详细分析,给出了这类微动平台的设计流程和实例演示,同时也有助于我们理解柔性铰链各参数间的作用和相互关系。     

片状精密柔性铰链的转动刚度测量

为了解决薄片类复杂结构柔性铰链转动刚度精密测量问题,研究了一种基于力传感器和自准直仪的测量方法。采用ANSYS有限元软件对六种不同厚度的柔性铰链进行数值分析,并搭建试验系统进行实际测量。结果表明,计算结果与测量结果基本吻合,多次重复测量的最大标准差为1. 6480(N·m/rad)。该方法一致性好、测量效率高,为薄片精密机械零件转动刚度测量与验收提供了一种有效方法。     

直圆柔性铰链加工误差对刚度的影响和有限元验证

柔性铰链是一种行程小,定位精度高的传动机构,对加工精度有较高的要求。针对柔性铰链关键尺寸3种不同的加工误差,通过建模和受力分析,推导了直圆柔性铰链存在加工误差时的转动刚度计算公式,以数值积分方法计算刚度误差,并拟合出一种无量纲的刚度误差公式。同时以有限元仿真对计算公式进行验证,对误差曲线进行比较,结果表明了较好的一致性,为柔性铰链的设计和加工提供参考。     

考虑铰链柔性和摩擦的弹性机构动力分析

本文针对目前弹性机构动力分析中的不足,提出了考虑机构铰链柔性和摩擦因素的分析方法。分析结果表明,上述因素对机构的动响应确有一定程度的影响。     

柔性铰链的计算和分析

针对常用的直圆柔性铰链进行力学分析,与迄令一直沿用由J.M.PAROS给出的柔性铰链绕z轴的转动刚度(柔度)计算公式相比,提出了更为简洁、精确的转动刚度计算公式,使其有利于柔性铰链的设计和分析。对直圆柔性铰链所能承受的最大力矩和最大角位移进行了分析,给出了它们在不考虑应力集中影响下的计算公式。讨论了直圆柔性铰链各个参数对其性能的影响。为柔性铰链在精密定位系统中的应用提供了一定的理论基础。     

圆弧型柔性铰链结构参数对其刚度性能的分析

微动机器人具有无摩擦无间隙、响应快、结构紧凑、刚性好、误差积累小等特点,以柔性铰链代替传统铰链后并联机构就正好具备以上特点适合用作微动机器人.柔性铰链是目前被广泛用于微动机器人的主要部件之一,其刚度性能直接影响微动机器人的终端定位.由于实际需要的多样性和复杂性,使得其实际结构的何尺寸不能完全满足传统理论分析的假设条件,因此影响到对其性能的准确分析.采用有限元软件ANSYS分析了多个不同尺寸参数的圆弧形柔性铰,并与其解析计算结果进行了比较,分析了二者间产生误差的根本原因.     

柔性铰链微位移放大机构工作性能仿真

为了获得足够的机器人工作空间 ,微动并联机器人平台之间的支链均采用了基于柔性铰链的微位移放大机构。本文对微位移放大机构设计方案进行仿真分析。确保压电执行器既不会被弹性力封锁 ,柔性铰链处的应力也不超过许用应力。根据仿真结果设计的微位移放大机构保证了微动并联机器人的工作性能。     

游离磨粒超精加工机理和应用

利用游离磨粒进行超精密加工,可获得高的表面质量和小的加工损伤层,因此被广泛应用,且衍生出较多的加工方法.从去除材料的机理角度,将游离磨粒超精加工分为:通过被加工材料的变形去除材料;通过磨粒与被加工材料的化学反应去除材料;通过加工液与被加工材料的化学反应去除材料.并对各种材料去除机理相对应的典型加工方法进行了综述.     

精密加工和超精密加工的研究与对策

在简述精密、超精密加工内涵和重要性的基础上,重点分析了影响精密、超精密加工的因素及采取对策。针对世界上一些发达国家研制开发精密、超精密加工技术已达到了很高技术水平的现状,提出了我国超精密加工的主要研究方向及目标。     

Design and dynamic optimization of an ultra-precision micro grinding machine tool for flexible joint blade machining

The influences of tool setting errors on skiving accuracy are discussed in this paper. Firstly, a method for the calculation of error-free cutting edge of skiving cutter is proposed. Based on the theories of cutter enveloping gear, the gear profile deviations, which are affected by the tool position and orientation errors in skiving, are analyzed. Results show that the profile deviations are insensitive to this kind of setting error of the cutter. Then, the effects of tool eccentricity error on skiving accuracy are analyzed. Results show that the waves on the tooth flanks, which are caused by the tool eccentricity error, have obvious influences on the helix deviations and the profile deviations of the workpiece. The waves on the tooth flanks are periodic ones and can be obviously affected by the number of teeth of the cutter.     

超精密加工技术研究现状及发展趋势

超精密加工是多种技术综合的一种加工技术,是获得高形状精度、表面精度和表面完整性的必要手段。根据当前国内外超精密加工技术的发展状况,对超精密切削、磨削、研磨以及超精密特种加工及复合加工技术进行综述,简单地对超精密加工的发展趋势进行预测。     

大螺纹精密加工及检测技术研究

针对运载火箭某舱段前后壳体精密大螺纹加工问题,首先分析前后壳体精密大螺纹结构,然后针对牙型半角及中径值精度控制及螺纹表面粗糙度精度控制、螺距累积误差精度控制开展大螺纹精密加工技术研究;最后针对大螺纹测量问题,研究解决了大螺纹在位检测技术,提出前壳体螺纹中径测量采用钢球测量法,后壳体螺纹中径采用三针相对测量法,精确控制螺纹中径值以得到合理中径过盈量来控制最终的对接力矩平台值。     

衬底基片精密加工过程中宏观质量控制

衬底基片的宏观质量包括外形完整性、翘曲度、尺寸精度等.在分析衬底基片精密加工工艺基础上,得出影响宏观质量的因素有:晶片切片方式、粘盘的方法、研磨抛光崩边、表层应力、抛光液的成份.提出采用线切割、真空粘盘,提高坯料的平整度.采用预加工保护倒角、嵌入式行星保持架,防止抛光崩边.根据不同的衬底基片选择合适的抛光垫,配置专用化学机械抛光液,使得衬底基片化学反应速度与机械去除速度协调.从而有效控制衬底基片的宏观质量.实现了衬底基片表面完整、翘曲度小于5微米、厚度误差小于3微米.     

床身端面加工精度的研究

通过对床身端面加工方法的分析,提出了保证床身导轨与端面垂直度的方法;从工艺要求阐述了落地镗铣床设备的合理布局型式;提出了选购机床设备时对滚动导轨结构型式的选择要求.     

一种Al_2O_3陶瓷导轨的超精密加工方法

提出了700mm长Al_2O_3陶瓷导轨超精密加工的工艺流程;依次介绍了磨削、研磨使用的工艺方法和检测方法,并详细介绍了采用自行研发的超精密导轨研磨抛光机对导轨抛光的工艺方法、工艺参数和检测方法。采用Zygo平面干涉仪检测导轨面形,通过子孔径拼接技术,得到导轨面700mm×260mm表面面形误差最大峰谷值为0.78λt(λ=632.8nm),面形误差均方根值为0.1λ。     

A multi-spectrum analysis of surface roughness formation in ultra-precision machining

The formation of surface roughness in ultra-precision diamond turning is investigated using a multi-spectrum analysis method. The features on a diamond turned surface are extracted and analyzed by the spectrum analysis of its surface roughness profiles measured at a finite number of radial sections of the turned surface. It is found that the tool feed rate, the spindle rotational speed, the tool geometry, the material properties, as well as the relative tool-work vibration are not the only dominant components contributing to the generation of surface roughness. The material induced vibration caused by the variation of material crystallography is another major factor. The vibration causes a significant variation of the frequency of the surface modulation of the machined surface. With the use of the multi-spectrum analysis method, it is possible to conjecture the patterns of this vibration as well as to evaluate the properties of the workpiece materials.     

精密、超精密圆柱渐开线齿轮的加工方法

超精密齿轮的制造质量反映出了一个国家制造业的发展水平。分析比较了锥形砂轮磨齿、蝶形砂轮磨齿、大平面砂轮磨齿、蜗杆砂轮磨齿和成形砂轮磨齿的工作原理及当前国内外精密、超精密圆柱渐开线齿轮的加工现状,探讨了ISO1328-1997标准中2级以上精度超精密齿轮的加工。并论证了国产大平面砂轮磨齿机Y7125由于具有结构简单、传动链刚度高、具有较高的磨齿精度以及较大的改装空间等优点,通过一系列的研究工作,有可能把它改装精化成磨削超精密圆柱渐开线齿轮的加工母机,实现2到1级精度超精密齿轮的加工。