基于微小机器人的精密加工技术ppt课件.ppt

基于微小机器人的精密加工技术 1 主要内容 2 一 什么是微小机器人精密加工技术 微小机器人精密加工技术是国外20世纪90年代中期制造技术领域发展起来的技术 该技术完全突破了传统机床加工的概念 不是把工件放在机床上加工 而是把微小机器人放在工件上 爬 进行加工 即用蚂蚁啃骨头的方式 一群小型机器人构成一个加工系统 由计算机 传感器及信息控制通信等组成的控制系统来控制 多机器人协同加工 采用实时加工 实时检测的控制方法来完成精密和超精密加工 3 二 微型机器人驱动机构 电极直接驱动的微小机器人的主要部件是线性压电驱动器 线性压电驱动器工作原理是基于压电材料的逆压电效应 即压电材料在电场的作用下产生形变 依靠压电材料的伸缩效应或摩擦来驱动移动体运动的 优点 体积小 结构简单 响应速度快和可控性好 4 二 微型机器人驱动机构 在日本 日本东京大学的通口俊郎和丰田工业大学的毛利尚武等人先后研制出了蠕动式 冲击式和椭圆驱动式等三种利用压电陶瓷的逆压电效应的电极直接驱动微型电火花加工装置 成功地实现了电火花加工装置的微小型化 5 二 微型机器人驱动机构 国内 南京航空航天大学 哈尔滨工业大学 清华大学等也相继开展了此方面的研究工作 并研制出了多种形式的压电驱动微小型电火花加工装置 6 1 椭圆驱动机构 椭圆运动驱动的小型电火花加工机构是利用两组相互垂直排列的叠层压电振子的振动所合成的摩擦驱动块的椭圆运动来驱动电极前进和回退 7 2 冲压式驱动机构 冲击式小型电火花加工装置是利用压电振子的轴向快速伸缩运动及重物的冲击惯性来驱动电极运动 8 3 蠕动式驱动机构 蠕动式微小型电火花加工机构主要由两个压电陶瓷箝位器 其中一个轴向固定 一个压电陶瓷驱动器及电极丝等组成 为保证电极运动平稳性 在两个箝位器与电极之间装有导向机构 通过控制箝位器和驱动器的动作时序和初始状态 即可实现电极的微量进给与回退 9 4 线性超声马达驱动机构 利用线性超声马达直接驱动电极的小型电火花加工装置主要包括两个线性步进式超声马达定子 一个移动体 摩擦材料 预紧弹簧 电极等部分 移动体上下表面覆盖有摩擦材 10 4 线性超声马达驱动机构 料 以增大驱动力并提高步进式超声马达的使用寿命 预紧力由预紧螺钉通过预紧弹簧加在马达定子上 马达定子在其波节处由弹性橡胶固定 电极的进给和回退通过上下两马达定子的差动实现 11 三 微小机器人精密加工典型应用 12 1 微加工机器人 日本静冈大学开发了一组微小机器人 每个机器人尺寸大约在16 4立方厘米 由压电晶体驱动 电磁铁实现在工件表面的定位 这种机器人不仅可以在水平的表面上移动 还可以在立面和天棚上移动 而不需要导轨等辅助装置 1 可施加预负载的板簧2 用于产生步进运动的压电晶体3 用于夹紧的U型电磁铁4 可安装微元件的平台 13 1 微加工机器人 1 电极2 驱动单元3 工件 它还提供了模块化设计 对于不同的微观操作可以选用不同的工具 如小锤 微探测工具和灰尘捕捉探针等 多个机器人可以合作对工件表面进行微孔加工 毛利尚武等人研制了超小型电火花加工机可以实现直径为0 1mm的微孔的加工 14 2 宏 微结合的双重驱动机器人 将工业机器人与微动机器人结合在一起使用 可以制作成精密机器人完成超精密加工及装配 这种加工方法的优点是可以克服工业机器人加工精度低的缺点利用微动机器人提高精度 同时又可以克服微动机器人行程小的缺点 使机器人可以进行大范围的作业 15 2 宏 微结合的双重驱动机器人 日本的电气通信大学将普通工业机器人与压电陶瓷驱动器结合成高精度装配机器人系统 用于IC芯片的加工 加工效果非常理想 系统宏动是由机器人完成的 微动机器人利用压电陶瓷实现对x方向和y方向的精确定位 16 2 宏 微结合的双重驱动机器人 1 粗定位器2 精定位器3 IC芯片4 电路板 17 3 机床与机器人结合加工技术 在超精密加工中使用最多的金刚石精密车床 各种精密磨床等 由于环境对加工精度的影响很大 因而需要在高度清洁车间内运行 并且为了减小误差应尽量减小振动传动误差 实现微进给 微机器人主要用于机床床身与底座的振动抑制 数控与测量 微进给系统等 18 3 机床与机器人结合加工技术 用金刚石车床车削镜面磁盘 车刀进给量为5um 就是利用微动机器人实现的 将弹性薄膜和电制伸缩器组合成微进给机构 利用电制伸缩器的伸缩带动工作台运动 实现微量进给 利用压电陶瓷伸长和收缩 制成超精密车床溜板的主要振动控制系统 结合神经网络控制方法 可以抑制溜板的振动 提高加工精度 将微动机器人技术应用于新型镗床 利用压电陶瓷控制镗刀的径向进给 设计出变形镗杆 可以加工出高精度的活塞异形销空 19 4 扫描隧道显微镜和原子力显微镜 扫描探针隧道显微镜也可以看成是一种微动机器人 它一般由压电陶瓷驱动 可以在X Y Z三个方向上实现纳米级移动 主要用于零件表面的检测 也可用于分子 原子搬迁重组 原子力显微镜能够操作分子尺寸的粒子 在未来的纳米级零件的装配领域中具有广阔的应用前景 20 4 扫描隧道显微镜和原子力显微镜 MIT确立了一个名为nanowalker的项目 对于微操作机器人的集成化问题进行了进一步的探索 研制出多个微小的 具有多种功能的微操作机器人 该微小机器人与扫描探针等工具结合 可具备纳米操作 三维微加工 表面检测等多