【摘 要】
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具有微纳米尺度结构的器件,广泛应用于航空航天、生物医疗、光学、半导体等行业,开展用于微纳结构加工的非共振型超声椭圆振动辅助加工装置的研究,对于提高微纳加工制造技术水平具有一定的理论价值和实践意义。本文基于椭圆振动加工原理,针对振动辅助加工过程中的振动模式、工作频率等问题,系统研究了非共振型超声椭圆振动辅助加工装置的设计理论,制造了物理样机并通过性能测试验证了振动平台和微定位平台的定位精度。全文主要
【基金项目】
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天津市自然科学基金项目“基于微观组织结构演变的铝合金反射镜 SPDT加工表面完整性及光学性能研究”，项目编号:18JCZDJC10050；
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具有微纳米尺度结构的器件,广泛应用于航空航天、生物医疗、光学、半导体等行业,开展用于微纳结构加工的非共振型超声椭圆振动辅助加工装置的研究,对于提高微纳加工制造技术水平具有一定的理论价值和实践意义。本文基于椭圆振动加工原理,针对振动辅助加工过程中的振动模式、工作频率等问题,系统研究了非共振型超声椭圆振动辅助加工装置的设计理论,制造了物理样机并通过性能测试验证了振动平台和微定位平台的定位精度。全文主要工作如下:（1）以共振频率为约束条件设计了非共振型三维超声椭圆振动平台,实现了频率、振幅、相等振动参数的可调性。主要建立了振动平台的静力学和动力学模型,依此优化了柔性机构的尺寸参数;基于压电作动器的工作特性,构建了作动器伸长与柔性机构输出位移的映射关系;并基于Ansys Workbench软件,分析了振动平台的静动态特性。（2）针对微定位平台单级放大机构倍数有限、耦合误差大等问题,设计了二自由度微定位平台。针对该平台设计了二级杠杆放大机构和Scott-Russell机构,串联构成三级位移放大器,扩大了平台的工作行程;利用平行轴式柔性铰链和双复合式平行移动副构成解耦机构,消除了运动耦合误差;基于拉格朗日定理,推导了微定位平台的刚度关系式,建立了其动力学模型,获得了系统的固有频率;利用有限元软件仿真分析了该微定位平台的最大工作行程、放大倍数和耦合误差。（3）制造了振动平台和微定位平台,并组装成非共振型超声加工柔性机构。对振动平台的固有频率和振动轨迹进行了测试,验证了振动平台的定位精度;对微定位平台的固有频率、最大位移、耦合误差、阶跃响应、运动分辨率、信号跟踪误差进行了测试,验证了微定位平台的定位精度。
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