[发明专利]一种高精密大行程三轴快速刀具伺服装置

说明书

技术领域

本发明属于超精密切削和光学零件切削加工技术领域，涉及一种自由曲面金刚石车削的刀具伺服装置。

背景技术

自由曲面各型值点之间可以没有几何约束，给光学设计人员提供了很大的自由设计空间，这意味着基于自由曲面光学零件的光学系统能够拥有更加优异的光学性能。例如矫正像差、改善像质、扩大视场、增大作用距离等，并且一个或少数几个自由曲面光学零件就能够代替较多的球面、非球面光学零件，从而使光学系统的结构简单化、轻量化。

由于自由曲面光学零件无可比拟的性能，使得自由曲面光学零件在许多重要的工业领域有着日益增加的需求。基于快速刀具伺服（以下简称FTS）的金刚石车削加工被认为是一种最有发展前途的、高效精密以及低成本的光学自由曲面创成方法，实施该方法的关键之一在于：高精密大行程FTS装置的研制等。现有的FTS装置，主要涉及单轴的直线式FTS和摆动式FTS、以及多轴小行程FTS等技术方案。

对于自由曲面类的待加工表面，主轴每一转内金刚石刀具都必须相对于工件作快速往复运动。现有的单轴FTS仅仅提供了沿Z轴的往复直线运动或绕Y轴的往复摆动。但实际上为了主动控制刀具接触点在加工表面上的路径，这导致刀尖圆弧中心不仅有Z向的往复直线运动、也同时存在X向的往复直线运动。对于单轴摆动式FTS，若要避免不过切，X轴或Z轴的往复直线运动皆是必须的。现有的多轴FTS的主要问题是：行程较小，难以满足较大“非回转对称性”的自由曲面加工创成要求。

综上所述，为了克服这些问题，本发明针对光学自由曲面的超精密金刚石车削创成，提出一种自由曲面金刚石车削的高精密大行程三轴快速刀具伺服装置。

发明内容

本发明提供一种高精密大行程三轴快速刀具伺服装置，使金刚石刀具实现在X轴和Z轴方向上的往复进给运动以及抑制在Y轴方向上的误差运动。

本发明采取的技术方案是：右挡板、前挡板、后挡板、左挡板下边分别与底座固定连接、顶部分别与上盖固定连接，铰链支架的底部固定在底座上，上部为运动部分，中间为带有铰链的四个连杆，X向音圈电机的定子固定在右挡板上，动子固定在铰链支架的右侧上部，Z向音圈电机的定子固定在后挡板上，动子固定在铰链支架的后侧上部；压电叠堆座固定在铰链支架的前侧上部的中间位置，中间槽内为压电叠堆执行器，利用预紧螺钉调节楔形块实现压电叠堆的预紧，压电叠堆执行器的活动端与Y向位移微调机构前端接触，Y向位移微调机构的后端固定在铰链支架的上部；金刚石刀具与Y向位移微调机构前端固定连接，电容传感器通过电容传感器安装座与上盖固定连接，Z向直线光栅尺和X向直线光栅尺分别沿Z向和X向贴附在铰链支架的运动部分，Z向读数头固定在左挡板上，X向读数头固定在支架上。

金刚石刀具的X向位移和Z向位移分别采用X向直线光栅尺和Z向直线光栅尺检测，为X向音圈电机和Z向音圈电机的闭环控制分别提供反馈信号。

金刚石刀具的Y向附加位移采用电容传感器检测，为微调机构的闭环控制提供反馈信号。

两个高性能的音圈执行器皆具有毫米级的行程，检测元件：直线光栅和电容微位移传感器皆具有0.01微米级以上的精度，因此在X轴和Z轴的运动皆可达到毫米级的大行程、在X、Y和Z三轴方向上可达到亚微米级的精度。

本发明的优点在于：在X轴和Z轴上皆可获得毫米级的大行程运动； 通过Y轴方向上的误差补偿，抑制了X轴和Z轴的侧向运动。本发明主要适用于具有较大“非回转对称性”的自由曲面金刚石车削创成。

附图说明

图1是本发明的外形图；

图2是本发明的驱动系统结构示意图；

图3是本发明的位移检测元件结构示意图；

图4是本发明的工作原理图；

图5是本发明的位移分析图。

具体实施方式