一種兩軸獨(dú)立式高頻大行程快速刀具伺服裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種兩軸獨(dú)立式高頻大行程快速刀具伺服裝置，適用于非回轉(zhuǎn)對(duì)稱光學(xué)自由曲面的金剛石車削創(chuàng)成，屬于超精密加工和復(fù)雜曲面光學(xué)零件加工【技術(shù)領(lǐng)域】，該裝置由基體、驅(qū)動(dòng)器、柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)、檢測(cè)元件以及刀架組成；音圈電機(jī)作用于柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)金剛石刀具在Z方向做大行程直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器嵌套在柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)上，隨著柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)在Z方向做大行程直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)在X方向做高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，實(shí)現(xiàn)了金剛石刀具在Z向大行程往復(fù)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)保證X向高頻響應(yīng)。
【專利說(shuō)明】一種兩軸獨(dú)立式高頻大行程快速刀具伺服裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種兩軸獨(dú)立式高頻大行程快速刀具伺服裝置，適用于非回轉(zhuǎn)對(duì)稱光學(xué)自由曲面的金剛石車削創(chuàng)成，屬于超精密加工和復(fù)雜曲面光學(xué)零件加工【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)自由曲面定義為沒(méi)有回轉(zhuǎn)對(duì)稱性的光學(xué)曲面，也稱為“非回轉(zhuǎn)對(duì)稱光學(xué)曲面”。光學(xué)自由曲面具有改善光學(xué)性能、實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化等顯著優(yōu)點(diǎn)，這使得自由曲面光學(xué)零件不僅在航天、航空、國(guó)防等諸多工業(yè)領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，而且在其它面向消費(fèi)者的工業(yè)領(lǐng)域(例如汽車、數(shù)字相機(jī)、移動(dòng)電話、圖像處理、光纖通訊)也有著極其廣泛的應(yīng)用需求。
[0003]自由曲面光學(xué)零件能否成功地應(yīng)用于以上各個(gè)領(lǐng)域，其關(guān)鍵還在于能否高效精密地創(chuàng)成光學(xué)自由曲面。現(xiàn)行的光學(xué)自由曲面創(chuàng)成方法主要包括:復(fù)制成形，銑磨/研磨/拋光，基于快速刀具伺服或慢拖板伺服的金剛石車削，以及金剛石飛切或微銑削等。傳統(tǒng)加工方法由于加工效率、加工質(zhì)量和生產(chǎn)成本的限制，已經(jīng)滿足不了如此廣泛的應(yīng)用和越來(lái)越高的產(chǎn)品性能要求，目前，國(guó)際學(xué)術(shù)界和工業(yè)界普遍認(rèn)為最有發(fā)展前途的光學(xué)自由曲面創(chuàng)成方法是基于FTS的金剛石車削。
[0004]然而迄今為止還存在一些關(guān)鍵問(wèn)題有待研究解決，這些問(wèn)題主要有以下幾方面:一、現(xiàn)有的大多數(shù)FTS研究還局限于單自由度FTS，僅僅提供了沿Z軸的直線運(yùn)動(dòng)或繞Y軸的擺動(dòng)；二、目前的兩自由度FTS裝置，有的雖然具有高頻響應(yīng)但行程較小，或者行程較大但沒(méi)有較高的頻率響應(yīng)，綜合了大行程和高頻響應(yīng)的FTS裝置還未出現(xiàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有的FTS自由度低、行程小、響應(yīng)頻率低的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種兩軸獨(dú)立式高頻大行程快速刀具伺服裝置。該裝置可實(shí)現(xiàn)金剛石刀具在Z向上的大行程往復(fù)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)保證X向高頻響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了 FTS的多自由度、大行程和高頻響應(yīng)功能。
[0006]本實(shí)用新型解決其問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:支板(1005)和三個(gè)側(cè)板(1002、1003、1006)分別與底板(1001)固定連接，柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)(2003)下部通過(guò)螺栓與底板定位固定連接，上部通過(guò)螺栓與蓋板(1004)固定連接；金剛石刀具(1007)通過(guò)刀架固連在柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)上；音圈電機(jī)(2002)的定子垂直固定在右側(cè)支板上，動(dòng)子固定在柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)上；壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器(2001)嵌套在柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)上，隨著柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)在Z方向做大行程直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的同時(shí),驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)在X方向做高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)；X向直線式光柵尺和Z向直線式光柵尺分別沿X向和Z向貼附在鉸鏈支架的運(yùn)動(dòng)部分，測(cè)得的Z向位移和X向位移分別為音圈電機(jī)和壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的閉環(huán)控制提供反饋信號(hào)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是本實(shí)用新型的外部示意圖；
[0008]圖2是本實(shí)用新型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
[0009]圖3是本實(shí)用新型中柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖；
[0010]圖4是柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)的軸測(cè)圖；
[0011]圖5是柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)的俯視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0013]該裝置由基體、驅(qū)動(dòng)器、柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)、檢測(cè)元件以及刀架組成。
[0014]基體由底板(1001)、側(cè)板(1002、1003、1006)、支板(1005)以及蓋板(1004)構(gòu)成，側(cè)板(1002、1003、1006)、支板(1005)固定于底板(1001)上，蓋板(1004)固定在側(cè)板(1002、1003、1006)和支板(1005)上，整個(gè)裝置以底板(1001)為支撐；
[0015]驅(qū)動(dòng)器包括一個(gè)音圈電機(jī)(2002)和一個(gè)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器(2001),音圈電機(jī)
(2002)的定子固定在支板(1005)上，動(dòng)子與柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)(2003)固連，驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)(2003)在Z方向上作大行程往復(fù)運(yùn)動(dòng)；壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器(2001)嵌套在柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)
(2003)上，隨著柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)(2003)在Z方向做大行程直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)(2003)在X方向做高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了金剛石刀具(1007)在Z向上的大行程往復(fù)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)保證X向高頻響應(yīng)；
[0016]柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)(2003)底部通過(guò)螺釘固定在底板(1001)上，頂部通過(guò)螺釘與蓋板(1004)固定連接；柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)(2003)按運(yùn)動(dòng)方向可分為Z向柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)和X向柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)，Z向柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)由16個(gè)直圓型柔性鉸鏈(3001)組成，構(gòu)成了兩個(gè)雙平行鉸鏈導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，X向柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)由8個(gè)直角型柔性鉸鏈(3002)構(gòu)成；
[0017]檢測(cè)元件包括兩個(gè)直線式光柵尺，X向直線式光柵尺和Z向直線式光柵尺分別沿X向和Z向貼附在鉸鏈支架的運(yùn)動(dòng)部分，測(cè)得的X向位移和Z向位移分別為壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器(2001)和音圈電機(jī)(2002)的閉環(huán)控制提供反饋信號(hào)；
[0018]刀架固連在柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)上，金剛石刀具(1007)固定在刀架之上，隨著刀架做Z向的大行程往復(fù)運(yùn)動(dòng)和X向聞?lì)l往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
【權(quán)利要求】
1.一種兩軸獨(dú)立式高頻大行程快速刀具伺服裝置，由基體、驅(qū)動(dòng)器、柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)、檢測(cè)元件以及刀架組成，其特征在于:支板(1005)和三個(gè)側(cè)板(1002、1003、1006)分別與底板(1001)固定連接，柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)(2003)下部通過(guò)螺栓與底板定位固定連接，上部通過(guò)螺栓與蓋板(1004)固定連接；金剛石刀具(1007)通過(guò)刀架固連在柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)上；音圈電機(jī)(2002)的定子垂直固定在右側(cè)支板上，動(dòng)子固定在柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)上；壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器(2001)嵌套在柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)上，隨著柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)在Z方向做大行程直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)在X方向做高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)；x向直線式光柵尺和Z向直線式光柵尺分別沿X向和Z向貼附在鉸鏈支架的運(yùn)動(dòng)部分，測(cè)得的Z向位移和X向位移分別為音圈電機(jī)和壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的閉環(huán)控制提供反饋信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩軸獨(dú)立式高頻大行程快速刀具伺服裝置，其特征在于:音圈電機(jī)(2002)驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)(2003)，使金剛石刀具(1007)在Z向做大行程直線式往復(fù)伺服運(yùn)動(dòng)，以滿足較大“非回轉(zhuǎn)對(duì)稱性”的自由曲面加工創(chuàng)成要求，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器(2001)驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)，使金剛石刀具在X向做高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以消除切削原理誤差，提高切削分辨率，獲得滿意的加工效率和表面質(zhì)量；壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器嵌套在柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)上，在隨柔性鉸鏈做Z向大行程往復(fù)伺服運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，可單獨(dú)驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈在X向做高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)，保證金剛石刀具Z向和X向運(yùn)動(dòng)間的相對(duì)獨(dú)立性。
【文檔編號(hào)】B23B25/00GK204148525SQ201420561824
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月25日
【發(fā)明者】鄒青, 劉圣強(qiáng), 韋彬, 張永利, 張啟超, 李莉佳, 姚建寧, 史青, 高玉江, 賈東明 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)