[實用新型]一種兩軸獨立式高頻大行程快速刀具伺服裝置

有效

• 申請號: 201420561824.1
• 申請日: 2014-09-25
• 公開（公告）號: CN204148525U
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發明（設計）人: 鄒青;劉圣強;韋彬;張永利;張啟超;李莉佳;姚建寧;史青;高玉江;賈東明
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B23B25/00
• 分類號: B23B25/00
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙) 22103
• 代理人: 郭耀輝

技術領域

本實用新型涉及一種兩軸獨立式高頻大行程快速刀具伺服裝置，適用于非回轉對稱光學自由曲面的金剛石車削創成，屬于超精密加工和復雜曲面光學零件加工技術領域。

背景技術

光學自由曲面定義為沒有回轉對稱性的光學曲面，也稱為“非回轉對稱光學曲面”。光學自由曲面具有改善光學性能、實現結構輕量化等顯著優點，這使得自由曲面光學零件不僅在航天、航空、國防等諸多工業領域有著重要的應用，而且在其它面向消費者的工業領域(例如汽車、數字相機、移動電話、圖像處理、光纖通訊)也有著極其廣泛的應用需求。

自由曲面光學零件能否成功地應用于以上各個領域，其關鍵還在于能否高效精密地創成光學自由曲面。現行的光學自由曲面創成方法主要包括：復制成形，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。傳統加工方法由于加工效率、加工質量和生產成本的限制，已經滿足不了如此廣泛的應用和越來越高的產品性能要求，目前，國際學術界和工業界普遍認為最有發展前途的光學自由曲面創成方法是基于FTS的金剛石車削。

然而迄今為止還存在一些關鍵問題有待研究解決，這些問題主要有以下幾方面：一、現有的大多數FTS研究還局限于單自由度FTS，僅僅提供了沿Z軸的直線運動或繞Y軸的擺動；二、目前的兩自由度FTS裝置，有的雖然具有高頻響應但行程較小，或者行程較大但沒有較高的頻率響應，綜合了大行程和高頻響應的FTS裝置還未出現。

發明內容

為了克服現有的FTS自由度低、行程小、響應頻率低的問題，本實用新型提供一種兩軸獨立式高頻大行程快速刀具伺服裝置。該裝置可實現金剛石刀具在Z向上的大行程往復運動的同時保證X向高頻響應，實現了FTS的多自由度、大行程和高頻響應功能。

本實用新型解決其問題所采用的技術方案是：支板(1005)和三個側板(1002、1003、1006)分別與底板(1001)固定連接，柔性鉸鏈機構(2003)下部通過螺栓與底板定位固定連接，上部通過螺栓與蓋板(1004)固定連接；金剛石刀具(1007)通過刀架固連在柔性鉸鏈機構上；音圈電機(2002)的定子垂直固定在右側支板上，動子固定在柔性鉸鏈機構上；壓電陶瓷驅動器(2001)嵌套在柔性鉸鏈機構上，隨著柔性鉸鏈機構在Z方向做大行程直線往復運動的同時，驅動柔性鉸鏈機構在X方向做高頻往復運動；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動部分，測得的Z向位移和X向位移分別為音圈電機和壓電陶瓷驅動器的閉環控制提供反饋信號。

附圖說明

圖1是本實用新型的外部示意圖；

圖2是本實用新型的內部結構圖；

圖3是本實用新型中柔性鉸鏈機構的結構圖；

圖4是柔性鉸鏈機構的軸測圖；

圖5是柔性鉸鏈機構的俯視圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步說明。

該裝置由基體、驅動器、柔性鉸鏈機構、檢測元件以及刀架組成。

基體由底板(1001)、側板(1002、1003、1006)、支板(1005)以及蓋板(1004)構成，側板(1002、1003、1006)、支板(1005)固定于底板(1001)上，蓋板(1004)固定在側板(1002、1003、1006)和支板(1005)上，整個裝置以底板(1001)為支撐；

驅動器包括一個音圈電機(2002)和一個壓電陶瓷驅動器(2001)，音圈電機(2002)的定子固定在支板(1005)上，動子與柔性鉸鏈機構(2003)固連，驅動柔性鉸鏈機構(2003)在Z方向上作大行程往復運動；壓電陶瓷驅動器(2001)嵌套在柔性鉸鏈機構(2003)上，隨著柔性鉸鏈機構(2003)在Z方向做大行程直線往復運動的同時，驅動柔性鉸鏈機構(2003)在X方向做高頻往復運動，實現了金剛石刀具(1007)在Z向上的大行程往復運動的同時保證X向高頻響應；

柔性鉸鏈機構(2003)底部通過螺釘固定在底板(1001)上，頂部通過螺釘與蓋板(1004)固定連接；柔性鉸鏈機構(2003)按運動方向可分為Z向柔性鉸鏈機構和X向柔性鉸鏈機構，Z向柔性鉸鏈機構由16個直圓型柔性鉸鏈(3001)組成，構成了兩個雙平行鉸鏈導向機構，X向柔性鉸鏈機構由8個直角型柔性鉸鏈(3002)構成；

檢測元件包括兩個直線式光柵尺，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動部分，測得的X向位移和Z向位移分別為壓電陶瓷驅動器(2001)和音圈電機(2002)的閉環控制提供反饋信號；

刀架固連在柔性鉸鏈機構上，金剛石刀具(1007)固定在刀架之上，隨著刀架做Z向的大行程往復運動和X向高頻往復運動。