[实用新型]一种大行程高精度两自由度快速刀具伺服装置

说明书

本实用新型属于一种大行程高精度两自由度快速刀具伺服装置，属于超精密车削和光学零件超精密加工技术领域。左驱动模块、右驱动模块分别置于铰链模块的左右两侧与铰链模块内的铰链架左右两端固定连接，刀具模块与铰链模块内部铰链架的前端固定连接，传感器组位由三个直线位移传感组成，固定连接于铰链模块内部，左驱动模块、右驱动模块及铰链模块分别固定连接在装置底座之上。本实用新型用于加工具有高精度复杂自由曲面的光学元件，满足在光学自由曲面的加工过程中对FTS装置的诸多性能要求，有广泛的应用前景。

技术领域

本实用新型属于超精密车削和光学零件超精密加工技术领域，具体涉及一种大行程高精度两自由度快速刀具伺服装置。

背景技术

非回转对称曲面指的是没有任何对称轴的曲面，具有这类曲面的光学元件有较为优异的光学性能，例如矫正相差、扩大作用距离、改善像质、扩大视场等，可以使相应的光学系统结构简化、轻量化，并大大提高其光学性能。这使得自由曲面光学元件在IT及数码、汽车、通讯、军事武器、航空航天等领域有着越来越广泛的应用。

目前加工非回转对称曲面的方法有：成型加工、计算机数控研磨和抛光、飞切加工、活轴切削、慢速滑板伺服技术以及快速刀具伺服技术。FTS技术是指金刚石刀具在高频驱动器的带动下进行往复运动进而加工非回转对称曲面；可重复加工具有复杂表面形状的光学元件，同时通过一次加工便可以达到较高的尺寸精度、形状精度以及较低的表面粗糙度。这种加工方法在非回转对称光学零件的加工生产中具有显著的经济效益，其应用最为广泛。

FTS的主要发展方向为多自由度、高精度、大行程高频运动等。但目前多数FTS装置都是单轴单自由度式或者多轴低精度式，无法达到较高的光学曲面加工效果。其主要原因在于：单自由度式FTS在加工过程中不能同时实现沿多轴方向的高频往复运动，为了保证在加工过程中切削力的平稳，需要刀具在X轴和Y轴两个方向同时进行高频往复运动，所以单自由度FTS的应用很有局限性；对于多轴直线FTS装置而言，其主要的问题在于运动行程和精度有待提高，目前许多多轴直线FTS装置虽然能够实现刀具在X轴和Y轴两个方向的往复运动，但是为了保证较高的运动带宽，多数的运动行程较小，降低加工效率。对于一些行程较大的FTS装置，由于其运动机构惯性质量过大，使得刀具的运动精度及定位精度较低，降低了刀具的运动频率和跟踪精度。如《一种混合直线回转快速刀具伺服装置》(专利公开号：CN101386141A)虽然实现了大行程往复运动，但其采用直流电机连接运动机构，存在传动误差导致的精度问题以及结构复杂装置较大的问题；再如《一种高精密大行程三轴快速刀具伺服装置》(专利公开号：CN102069411A)，其采用音圈电机及压电陶瓷作为直线驱动器，虽然实现了X轴、Y轴、Z轴三个方向的高频往复运动，但是由于其铰链机构的设计使其稳定性不高，且影响刀具在X轴、Z轴方向上的运动行程，同时运动部分惯性质量较大，使得刀具运动精度不能达到理想状态；再如《一种两轴解耦的快速刀具伺服装置》(专利公开号：CN104084829A)以及《一种用于加工微结构表面的快速刀具伺服装置》(专利公开号：CN102248427A)采用的是压电驱动，运动行程有限；还有如机制不同的多轴FTS装置《一种大行程三自由度直线式快速刀具伺服装置》(专利公开号:CN103357894A),《一种大行程两轴直线式快速刀具伺服装置》(专利公开号:102615542A)，其结构采用音圈电机驱动并联柔性机构的方式，尽管可获得较大的行程，但是铰链摆动式的设计使得铰链的稳定性、使用寿命都有所降低，且其结构设计使得运动部分的惯性质量较大，运动精度降低，同时所设计的铰链结构较为复杂，不便于装配及调试；再如《大行程高频响快速刀具伺服装置》(专利公开号：CN102554633A)采用的是气浮导轨作为导向机构，结构复杂，气浮轨道工作环境较差，适用于加工较大的光学自由曲面，对于加工中小型光学自由曲面，其成本较高，具有局限性。鉴于以上问题，目前急需要一种用来加工中小型光学自由曲面且能实现多自由度、较大行程、高频高精度的FTS装置。

发明内容