[實(shí)用新型]基于變磁通的兩自由度超高頻響超精密刀具伺服裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200820072648.X
• 申請日: 2008-10-27
• 公開（公告）號: CN201333635Y
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周曉勤;趙宏偉;王亞明;王義強(qiáng);許蓬子;史國權(quán);王曉軍;李國發(fā)
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: B23Q5/027
• 分類號: B23Q5/027;B23Q5/22
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 朱世林

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種快速刀具伺服(Fast?Tool?Servo，以下簡稱FTS)裝置，特別是涉及一種金剛石車削創(chuàng)成光學(xué)自由曲面的兩自由度超高頻響超精密FTS裝置，屬于超精密加工和復(fù)雜光學(xué)元件加工等技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景

非回轉(zhuǎn)對稱(Non-Rotationally?Symmetric，以下簡稱NRS)光學(xué)曲面可克服光學(xué)系統(tǒng)的各種像差，改善光學(xué)性能，減縮光學(xué)系統(tǒng)的尺寸，使光學(xué)系統(tǒng)輕量化。由于NRS光學(xué)曲面的卓越性能，這將使得突破性的光學(xué)設(shè)計(jì)成為可能，NRS光學(xué)曲面將不僅在空間探索和空中防御系統(tǒng)等領(lǐng)域中有著重要的應(yīng)用，而且在其它面向消費(fèi)者的工業(yè)領(lǐng)域也將日益受到關(guān)注。

近年來，基于FTS的金剛石車削被國際工程界和學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為是創(chuàng)成NRS光學(xué)曲面的最有發(fā)展前途的、高效精密及低成本的加工方法，可以克服其它的NRS光學(xué)曲面加工方法的一些不足。根據(jù)刀具軌跡的運(yùn)動(dòng)型式，現(xiàn)有的FTS裝置主要包括：直線型FTS和回轉(zhuǎn)型FTS。這些FTS裝置都是單自由度的，即僅可實(shí)現(xiàn)刀尖相當(dāng)于工件的往復(fù)直線或往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。這類FTS的主要缺陷是，刀尖相對于被加工表面易發(fā)生幾何干涉，難以實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)光學(xué)元件的加工；此外刀刃-工件的接觸點(diǎn)始終在變化，導(dǎo)致切削力總是波動(dòng)的，影響光學(xué)元件的加工質(zhì)量。在超精密加工的其它一些領(lǐng)域，還提出了兩個(gè)自由度以上的微動(dòng)工作臺，主要用于加工誤差補(bǔ)償。這些多自由度微動(dòng)工作臺還不能直接應(yīng)用于NRS光學(xué)曲面的金剛石車削創(chuàng)成，主要問題在于：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，靜/動(dòng)態(tài)特性難以滿足NRS光學(xué)曲面加工的要求，尤其是多個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)耦合導(dǎo)致沖程受限制等。

根據(jù)FTS的驅(qū)動(dòng)原理，現(xiàn)有的FTS裝置主要包括：壓電型FTS、洛侖茲力型FTS、麥克斯韋力型FTS和基于磁致伸縮效應(yīng)的FTS。這些FTS驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)是：壓電型FTS適合于高頻響短沖程場合；洛侖茲力FTS可獲得毫米級的長行程；麥克斯韋力型FTS則將超高頻響性能發(fā)揮至最大，但行程受到限制；基于磁致伸縮效應(yīng)的FTS尚未取得明顯優(yōu)越的效果。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有FTS裝置存在的問題和不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于變磁通的兩自由度超高頻響超精密刀具伺服裝置，主要用于金剛石車削創(chuàng)成光學(xué)自由曲面。本實(shí)用新型的主要優(yōu)點(diǎn)在于：可獲得超高頻響特性和較大沖程，克服了麥克斯韋力型FTS頻響高但沖程小的限制；可實(shí)現(xiàn)刀尖相對于工件的復(fù)合往復(fù)直線和往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，克服了單自由度型FTS的刀尖-工件干涉等問題，為主動(dòng)控制切削力和表面質(zhì)量提供了可行性；而且結(jié)構(gòu)緊湊，反沖力/矩較小，易于控制，能實(shí)現(xiàn)微納米級的定位精度。

本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，結(jié)合圖1說明如下：

一種基于變磁通的兩自由度超高頻響超精密刀具伺服裝置，主要由基座、柔性鉸鏈、磁質(zhì)材料、彈性導(dǎo)軌和刀架組成，所述的柔性鉸鏈分成兩組對稱布置構(gòu)成一個(gè)并聯(lián)式機(jī)構(gòu)；柔性鉸鏈由連接在磁質(zhì)材料安裝面上的磁質(zhì)材料通過變磁通裝置驅(qū)動(dòng)；所述的彈性導(dǎo)軌5是由至少兩組柔性鉸鏈組成的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，每組柔性鉸鏈至少2個(gè)；所述的刀架6與前端的兩個(gè)柔性鉸鏈和彈性導(dǎo)軌5連接；基座1、柔性鉸鏈、磁質(zhì)材料安裝面、彈性導(dǎo)軌5和刀架6是通過電火花線切割加工而成的一個(gè)整體。

所述的柔性鉸鏈為6個(gè)：2a、2b、2c，2d、2e、2f，所述的磁質(zhì)材料為8個(gè)：4a、4b、4c、4d，4e、4f、4g、4h，所述的磁質(zhì)材料安裝面為8個(gè)：3a、3b、3c、3d，3e、3f、3g、3h，所述的6個(gè)柔性鉸鏈2a、2b、2c，2d、2e、2f，分成兩組，每組3個(gè)，相對于x軸對稱布置構(gòu)成一個(gè)并聯(lián)式機(jī)構(gòu)；6個(gè)柔性鉸鏈2a、2b、2c，2d、2e、2f由8個(gè)連接在磁質(zhì)材料安裝面3a、3b、3c、3d，3e、3f、3g、3h上的磁質(zhì)材料4a、4b、4c、4d，4e、4f、4g、4h通過變磁通裝置驅(qū)動(dòng)。

所述的基于變磁通的兩自由度超精密超高頻響刀具伺服裝置，其特征在于所述刀架6與前端的柔性鉸鏈2c、2d和彈性導(dǎo)軌5連接；通過控制變磁通裝置的磁通量改變，驅(qū)動(dòng)6個(gè)柔性鉸鏈2a、2b、2c、2d、2e、2f作往復(fù)擺動(dòng)，使刀架6連同刀具繞z軸作往復(fù)擺動(dòng)；通過彈性導(dǎo)軌5的限制作用，驅(qū)動(dòng)刀具在X方向上作直線運(yùn)動(dòng)，控制刀具伺服裝置在兩個(gè)自由度上的運(yùn)動(dòng)。