CN102615542A - 一种大行程两轴直线式快速刀具伺服装置 - Google Patents

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邹青
王涛
周晓勤
呼咏
逯建峰
呼烨
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Abstract

本发明一种大行程两轴直线式快速刀具伺服装置适用于以金刚石车削法创成非回转对称光学自由曲面。该装置主要由基体、驱动器、扰动消减器以及刀架组成；扰动消减器通过柔性铰链实现装置在X方向和Z方向上的运动扰动消减功能；具有超精密驱动功能的音圈电机转子通过扰动消减器作用于主柔性铰链上，驱动金刚石刀具从而实现金刚石刀具在X方向和Z方向上的大行程直线式高频往复伺服运动。本发明结构简单、成本低、见效快，提高了FTS的定位精度和驱动精度，可实现FTS的多自由度、大行程以及高频响的往复直线运动。

Description

一种大行程两轴直线式快速刀具伺服装置
技术领域
本发明涉及一种大行程两轴直线式快速刀具伺服装置，适用于超精密车削以及光学精密零件车削加工等技术领域。
背景技术
光学自由曲面又称为非回转对称光学曲面，因其具有很大的设计空间，可以改善光学性能，从而实现光学系统的简单化以及结构的轻量化等，这使得光学自由曲面在很多国计民生的重要领域都具有极其广泛的应用需求，包括航天领域、航空领域、国防领域等工业领域以及汽车、移动电话、通讯等消费领域。
自由曲面光学零件能否实现在上述众多领域的广泛应用，其关键还是在于能否精密高效地创成光学自由曲面。目前光学自由曲面的创成方法主要包括复制成形、研磨/抛光/铣磨、金刚石飞切、慢托板伺服金刚石车削以及快速刀具伺服金刚石车削等。现今国际学术界以及工业界普遍认为基于快速刀具伺服的金刚石车削(FTS)是一种最有发展前途的光学自由曲面创成方法。
然而迄今为止对FTS的研究还存在一些关键问题有待研究和解决，这些问题主要包括：一、目前大多数FTS的研究还局限于单自由度FTS，因其不能实现X轴和Z轴的同步往复运动而无法实现刀具轨迹规划的表面形貌自主控制；二、现有的FTS的行程大多为微米级，这就限制了FTS的性能，从而不能完全体现FTS的优越性；三、FTS的行程与其响应频率始终是矛盾的，如何实现FTS的多自由度大行程高频响应有待研究和解决。
发明内容
本发明涉及一种大行程两轴直线式快速刀具伺服装置。该装置可实现金刚石刀具在X方向和Z方向上的大行程高频往复运动，同时消减了刀具在Y方向上的位移干扰，实现了FTS的大行程、微纳米定位精度、高频响和多自由度功能。该装置可用于超精密车削加工以及光学精密零件车削加工等装置上实现高效、精密地制备光学自由曲面零件。
本发明可以明显提高FTS的定位精度和驱动精度；可以实现FTS的多自由度、大行程以及高频响的往复直线运动；具有结构简单、成本低、见效快等特点。
附图说明
图1是一种大行程两轴直线式快速刀具伺服装置的结构轴测图。
图2是一种大行程两轴直线式快速刀具伺服装置的结构俯视图。
图3是一种大行程两轴直线式快速刀具伺服装置的结构正视图。
图4是一种大行程两轴直线式快速刀具伺服装置中消减器装置的三维结构图，(a)为第一消减器装置的三维结构图、(b)为第二消减器装置的三维结构图。
图5是一种大行程两轴直线式快速刀具伺服装置中主柔性铰链的三维结构图。
图6是主柔性铰链的工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图所示实例对本发明作进一步说明。
该装置主要由基体、驱动器、扰动消减器以及刀架组成。基体由侧板(1a、1b)、支板(1c、1d)、盖板(1e)以及底板(1f)构成，侧板(1a、1b)、支板(1c、1d)固定在底板(1f)上，盖板(1e)固定在支板(1c、1d)上，装置以底板(1f)为支撑；驱动器由两个音圈电机(2a、2b)组成，音圈电机的定子固定在侧板上，音圈电机的转子与消减器装置固连；扰动消减器由两个消减器装置(3a、3b)组成，消减器装置与主柔性铰链(4)固连；刀架由主柔性铰链(4)和金刚石刀具(5)组成，主柔性铰链(4)一端固定在盖板上而另一端固定在底板上，金刚石刀具(5)固定在主柔性铰链(4)上。
消减器装置(3a)通过两个柔性铰链(3a1、3a2)实现对金刚石刀具(5)来自X方向的运动扰动的消减功能；消减器装置(3b)通过两个柔性铰链(3b1、3b2)实现对金刚石刀具(5)来自Z方向的运动扰动的消减功能；主柔性铰链(4)由两组柔性铰链(4a1、4a2和4b1、4b2)通过三维对称构成，以实现金刚石刀具(5)在X方向和Z方向上的往复直线运动，并最终通过主柔性铰链(4)的结构对称性来消除金刚石刀具(5)在Y方向上的位移干扰。
在初始状态下，音圈电机(2a、2b)不通电时，主柔性铰链(4)处于平衡状态；在工作状态下，分别对音圈电机(2a、2b)通电。第一音圈电机(2a)通过第一消减器装置(3a)作用于主柔性铰链(4)上，实现固定在主柔性铰链(4)上的金刚石刀具(5)在X方向的大行程往复直线运动。第二音圈电机(2b)通过第二消减器装置(3b)作用于主柔性铰链(4)上，实现固定在主柔性铰链(4)上的金刚石刀具(5)在X方向的大行程往复直线运动。

Claims (4)

1.一种大行程两轴直线式快速刀具伺服装置，由基体、驱动器、扰动消减器以及刀架等组成，其中：基体由第一侧板(1a)、第二侧板(1b)、第一支板(1c)、第二支板(1d)、盖板(1e)以及底板(1f)构成；驱动器由第一音圈电机(2a)和第二音圈电机(2b)组成；扰动消减器由第一消减器装置(3a)和第二消减器装置(3b)构成；刀架由主柔性铰链(4)和金刚石刀具(5)组成。其特征在于：第一音圈电机的定子固定在第一侧板上；第二音圈电机的定子固定在第二侧板上；第一音圈电机的转子通过第一消减器装置作用在主柔性铰链上；第二音圈电机的转子通过第二消减器装置作用在主柔性铰链上；金刚石刀具固定在由两组柔性铰链(4a1、4a2、4b1、4b2)通过三维对称构成的主柔性铰链上。
2.根据权利要求1所述的一种大行程两轴直线式快速刀具伺服装置，其特征为：第一消减器装置和第二消减器装置分别通过第一组柔性铰链(3a1、3a2)和第二组柔性铰链(3b1、3b2)来分别实现装置在X方向和Z方向上的运动扰动消减功能。
3.根据权利要求1所述的一种大行程两轴直线式快速刀具伺服装置，其特征为：主柔性铰链由两组柔性铰链通过三维对称构成，以实现金刚石刀具在X方向和Z方向上的运动，并消除金刚石刀具在Y方向上的位移干扰。
4.根据权利要求1所述的一种大行程两轴直线式快速刀具伺服装置，其特征为：第一音圈电机的转子通过第一消减器装置作用于主柔性铰链上，实现金刚石刀具在X方向的精密大行程直线式高频往复伺服运动；第二音圈电机的转子通过第二消减器装置作用于主柔性铰链上，实现金刚石刀具在Z方向的精密大行程直线式高频往复伺服运动。
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