[实用新型]一种两轴独立式高频大行程快速刀具伺服装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种两轴独立式高频大行程快速刀具伺服装置，适用于非回转对称光学自由曲面的金刚石车削创成，属于超精密加工和复杂曲面光学零件加工技术领域。

背景技术

光学自由曲面定义为没有回转对称性的光学曲面，也称为“非回转对称光学曲面”。光学自由曲面具有改善光学性能、实现结构轻量化等显著优点，这使得自由曲面光学零件不仅在航天、航空、国防等诸多工业领域有着重要的应用，而且在其它面向消费者的工业领域(例如汽车、数字相机、移动电话、图像处理、光纤通讯)也有着极其广泛的应用需求。

自由曲面光学零件能否成功地应用于以上各个领域，其关键还在于能否高效精密地创成光学自由曲面。现行的光学自由曲面创成方法主要包括：复制成形，铣磨/研磨/抛光，基于快速刀具伺服或慢拖板伺服的金刚石车削，以及金刚石飞切或微铣削等。传统加工方法由于加工效率、加工质量和生产成本的限制，已经满足不了如此广泛的应用和越来越高的产品性能要求，目前，国际学术界和工业界普遍认为最有发展前途的光学自由曲面创成方法是基于FTS的金刚石车削。

然而迄今为止还存在一些关键问题有待研究解决，这些问题主要有以下几方面：一、现有的大多数FTS研究还局限于单自由度FTS，仅仅提供了沿Z轴的直线运动或绕Y轴的摆动；二、目前的两自由度FTS装置，有的虽然具有高频响应但行程较小，或者行程较大但没有较高的频率响应，综合了大行程和高频响应的FTS装置还未出现。

发明内容

为了克服现有的FTS自由度低、行程小、响应频率低的问题，本实用新型提供一种两轴独立式高频大行程快速刀具伺服装置。该装置可实现金刚石刀具在Z向上的大行程往复运动的同时保证X向高频响应，实现了FTS的多自由度、大行程和高频响应功能。

本实用新型解决其问题所采用的技术方案是：支板(1005)和三个侧板(1002、1003、1006)分别与底板(1001)固定连接，柔性铰链机构(2003)下部通过螺栓与底板定位固定连接，上部通过螺栓与盖板(1004)固定连接；金刚石刀具(1007)通过刀架固连在柔性铰链机构上；音圈电机(2002)的定子垂直固定在右侧支板上，动子固定在柔性铰链机构上；压电陶瓷驱动器(2001)嵌套在柔性铰链机构上，随着柔性铰链机构在Z方向做大行程直线往复运动的同时，驱动柔性铰链机构在X方向做高频往复运动；X向直线式光栅尺和Z向直线式光栅尺分别沿X向和Z向贴附在铰链支架的运动部分，测得的Z向位移和X向位移分别为音圈电机和压电陶瓷驱动器的闭环控制提供反馈信号。

附图说明

图1是本实用新型的外部示意图；

图2是本实用新型的内部结构图；

图3是本实用新型中柔性铰链机构的结构图；

图4是柔性铰链机构的轴测图；

图5是柔性铰链机构的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

该装置由基体、驱动器、柔性铰链机构、检测元件以及刀架组成。

基体由底板(1001)、侧板(1002、1003、1006)、支板(1005)以及盖板(1004)构成，侧板(1002、1003、1006)、支板(1005)固定于底板(1001)上，盖板(1004)固定在侧板(1002、1003、1006)和支板(1005)上，整个装置以底板(1001)为支撑；

驱动器包括一个音圈电机(2002)和一个压电陶瓷驱动器(2001)，音圈电机(2002)的定子固定在支板(1005)上，动子与柔性铰链机构(2003)固连，驱动柔性铰链机构(2003)在Z方向上作大行程往复运动；压电陶瓷驱动器(2001)嵌套在柔性铰链机构(2003)上，随着柔性铰链机构(2003)在Z方向做大行程直线往复运动的同时，驱动柔性铰链机构(2003)在X方向做高频往复运动，实现了金刚石刀具(1007)在Z向上的大行程往复运动的同时保证X向高频响应；

柔性铰链机构(2003)底部通过螺钉固定在底板(1001)上，顶部通过螺钉与盖板(1004)固定连接；柔性铰链机构(2003)按运动方向可分为Z向柔性铰链机构和X向柔性铰链机构，Z向柔性铰链机构由16个直圆型柔性铰链(3001)组成，构成了两个双平行铰链导向机构，X向柔性铰链机构由8个直角型柔性铰链(3002)构成；

检测元件包括两个直线式光栅尺，X向直线式光栅尺和Z向直线式光栅尺分别沿X向和Z向贴附在铰链支架的运动部分，测得的X向位移和Z向位移分别为压电陶瓷驱动器(2001)和音圈电机(2002)的闭环控制提供反馈信号；

刀架固连在柔性铰链机构上，金刚石刀具(1007)固定在刀架之上，随着刀架做Z向的大行程往复运动和X向高频往复运动。