[发明专利]一种具有力伺服功能的微机械加工刀架

说明书

本发明公开了一种具有力伺服功能的微加工刀架，所述微加工刀架包括PZT促动器、第一位移传感器、第二位移传感器、丝杆、螺母、旋转环、柔性铰链、探针、导向支架和XY位移平台。本发明利用柔性铰链，将对法向力的测量转为对柔性铰链法向变形量的测量，对位移的测量更简单，更精确；采用环形中心对称柔性铰链，可以有效抵抗侧向力产生的变形，使探针与XY平面尽可能保持垂直，减小偏转角度；利用旋转环配合紧钉螺钉可以调节探针的角度，实现不同角度的微机械加工；通过更换柔性铰链可以改变最大载荷，以适用于加工不同硬度的工件；通过丝杆螺母可以调节第二位移传感器与柔性铰链的间距，便于确定初始间距，方便测量。

技术领域

本发明涉及一种微机械加工刀架，尤其涉及一种具有力伺服功能的微机械加工刀架。

背景技术

随着纳米技术的发展，特别是原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AFM）的发明，人们发现机械加工方法在纳米结构的加工中仍然具有不可估量的潜力。纳米机械加工是传统机械加工的延伸，这种方法中微纳米尺寸的探针取代了传统的机械切削工具，利用针尖与样品之间的相互作用力，在样品表面刮擦、压痕、提拉或推挤材料而产生微纳米结构。采用力伺服控制的加工方式的纳米机械加工方法具有突出的优点：能够实现较为精确的“对刀”；工件不需要进行严格的调平；对工件表面具有“跟随”效果，特别适合于在曲面和斜面上加工纳米结构。

目前，原子力显微镜（AFM）是常用的纳米机械加工设备，其特点是加工精度高、加工与检测集成；可以在金属、半导体、聚合物等多种材料表面加工出纳米点、纳米线/沟槽等结构。但AFM作为一种在原子水平测量和评价表面的系统，通过针尖施加到工件表面的作用力非常小，使得加工能力和工件材料受到限制，并且加工效率较低、范围较小、仪器成本高，还远不能满足目前微纳结构的加工需求。

发明内容

为了解决上述不足，本发明提供了一种具有高载荷、低成本优点的具有力伺服功能的微加工刀架。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种具有力伺服功能的微加工刀架，包括PZT促动器、第一位移传感器、第二位移传感器、丝杆、螺母、旋转环、柔性铰链、探针、导向支架和XY位移平台，其中：

所述导向支架为倒“T”型，由水平支架和竖直支架构成，所述竖直支架的中部右侧设有水平分支架；

所述XY位移平台的工作面朝下；

所述PZT促动器的固定端安装在所述XY位移平台的工作面上，运动端与所述水平支架的左侧上表面连接；

所述第一位移传感器安装在所述XY位移平台的工作面上，且位于所述竖直支架的正上方；

所述丝杆安装在水平分支架上；

所述螺母安装在所述丝杆上，且位于水平分支架的下方；

所述第二位移传感器安装在所述螺母上；

所述旋转环安装在所述水平支架的右侧，由紧钉螺钉固定；

所述柔性铰链安装于所述旋转环的下方，两者同心；

所述探针安装在所述柔性铰链中心下方。

本发明具有如下优点：

1、本发明利用柔性铰链，将对法向力的测量转为对柔性铰链法向变形量的测量，对位移的测量更简单，更精确。

2、如图2所示，本发明采用环形中心对称柔性铰链，可以有效抵抗侧向力产生的变形，使探针与XY平面尽可能保持垂直，减小偏转角度。

3、如3图所示，本发明利用旋转环配合紧钉螺钉可以调节探针的角度，旋转环可带动柔性铰链和探针一起绕轴线旋转，调整好角度后用紧钉螺钉锁紧，实现不同角度的微机械加工。