專利名稱：一種大行程兩軸直線式快速刀具伺服裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大行程兩軸直線式快速刀具伺服裝置，適用于超精密車削以及光學(xué)精密零件車削加工等技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光學(xué)自由曲面又稱為非回轉(zhuǎn)對(duì)稱光學(xué)曲面，因其具有很大的設(shè)計(jì)空間，可以改善光學(xué)性能，從而實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的簡(jiǎn)單化以及結(jié)構(gòu)的輕量化等，這使得光學(xué)自由曲面在很多國(guó)計(jì)民生的重要領(lǐng)域都具有極其廣泛的應(yīng)用需求，包括航天領(lǐng)域、航空領(lǐng)域、國(guó)防領(lǐng)域等工業(yè)領(lǐng)域以及汽車、移動(dòng)電話、通訊等消費(fèi)領(lǐng)域。自由曲面光學(xué)零件能否實(shí)現(xiàn)在上述眾多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其關(guān)鍵還是在于能否精密高效地創(chuàng)成光學(xué)自由曲面。目前光學(xué)自由曲面的創(chuàng)成方法主要包括復(fù)制成形、研磨/拋光/銑磨、金剛石飛切、慢托板伺服金剛石車削以及快速刀具伺服金剛石車削等?，F(xiàn)今國(guó)際學(xué)術(shù)界以及工業(yè)界普遍認(rèn)為基于快速刀具伺服的金剛石車削(FTS)是一種最有發(fā)展前途的光學(xué)自由曲面創(chuàng)成方法。然而迄今為止對(duì)FTS的研究還存在一些關(guān)鍵問題有待研究和解決，這些問題主要包括一、目前大多數(shù)FTS的研究還局限于單自由度FTS，因其不能實(shí)現(xiàn)X軸和Z軸的同步往復(fù)運(yùn)動(dòng)而無法實(shí)現(xiàn)刀具軌跡規(guī)劃的表面形貌自主控制；二、現(xiàn)有的FTS的行程大多為微米級(jí)，這就限制了 FTS的性能，從而不能完全體現(xiàn)FTS的優(yōu)越性；三、FTS的行程與其響應(yīng)頻率始終是矛盾的，如何實(shí)現(xiàn)FTS的多自由度大行程高頻響應(yīng)有待研究和解決。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及一種大行程兩軸直線式快速刀具伺服裝置。該裝置可實(shí)現(xiàn)金剛石刀具在X方向和Z方向上的大行程高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)消減了刀具在Y方向上的位移干擾，實(shí)現(xiàn)了 FTS的大行程、微納米定位精度、高頻響和多自由度功能。該裝置可用于超精密車削加工以及光學(xué)精密零件車削加工等裝置上實(shí)現(xiàn)高效、精密地制備光學(xué)自由曲面零件。一種大行程兩軸直線式快速刀具伺服裝置，由基體、驅(qū)動(dòng)器、擾動(dòng)消減器以及刀架等組成，其中基體由第一側(cè)板(la)、第二側(cè)板(lb)、第一支板(Ic)、第二支板(Id)、蓋板(Ie)以及底板(If)構(gòu)成；驅(qū)動(dòng)器由第一音圈電機(jī)(2a)和第二音圈電機(jī)(2b)組成；擾動(dòng)消減器由第一消減器裝置(3a)和第二消減器裝置(3b)構(gòu)成；刀架由主柔性鉸鏈(4)和金剛石刀具(5)組成，其特征在于第一音圈電機(jī)的定子固定在第一側(cè)板上；第二音圈電機(jī)的定子固定在第二側(cè)板上；第一音圈電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過第一消減器裝置作用在主柔性鉸鏈上；第二音圈電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過第二消減器裝置作用在主柔性鉸鏈上；金剛石刀具固定在由兩組柔性鉸鏈(4al、4a2、4bl、4b2)通過三維對(duì)稱構(gòu)成的主柔性鉸鏈上。本發(fā)明可以明顯提高FTS的定位精度和驅(qū)動(dòng)精度；可以實(shí)現(xiàn)FTS的多自由度、大行程以及高頻響的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)；具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、見效快等特點(diǎn)。
圖I是一種大行程兩軸直線式快速刀具伺服裝置的結(jié)構(gòu)軸測(cè)圖。圖2是一種大行程兩軸直線式快速刀具伺服裝置的結(jié)構(gòu)俯視圖。圖3是一種大行程兩軸直線式快速刀具伺服裝置的結(jié)構(gòu)正視圖。圖4是一種大行程兩軸直線式快速刀具伺服裝置中消減器裝置的三維結(jié)構(gòu)圖，
(a)為第一消減器裝置的三維結(jié)構(gòu)圖、(b)為第二消減器裝置的三維結(jié)構(gòu)圖。圖5是一種大行程兩軸直線式快速刀具伺服裝置中主柔性鉸鏈的三維結(jié)構(gòu)圖。圖6是主柔性鉸鏈的工作原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖所示實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。該裝置主要由基體、驅(qū)動(dòng)器、擾動(dòng)消減器以及刀架組成?；w由側(cè)板(la、lb)、支板(lc、ld)、蓋板(Ie)以及底板(If)構(gòu)成，側(cè)板(la、lb)、支板(lc、ld)固定在底板(If)上,蓋板(Ie)固定在支板(lc、ld)上，裝置以底板(If)為支撐；驅(qū)動(dòng)器由兩個(gè)音圈電機(jī)(2a、2b)組成，音圈電機(jī)的定子固定在側(cè)板上，音圈電機(jī)的轉(zhuǎn)子與消減器裝置固連；擾動(dòng)消減器由兩個(gè)消減器裝置(3a、3b)組成，消減器裝置與主柔性鉸鏈(4)固連；刀架由主柔性鉸鏈
(4)和金剛石刀具(5)組成，主柔性鉸鏈(4) 一端固定在蓋板上而另一端固定在底板上，金剛石刀具(5)固定在主柔性鉸鏈(4)上。消減器裝置(3a)通過兩個(gè)柔性鉸鏈(3al、3a2)實(shí)現(xiàn)對(duì)金剛石刀具(5)來自X方向的運(yùn)動(dòng)擾動(dòng)的消減功能；消減器裝置(3b)通過兩個(gè)柔性鉸鏈(3bl、3b2)實(shí)現(xiàn)對(duì)金剛石刀具(5)來自Z方向的運(yùn)動(dòng)擾動(dòng)的消減功能；主柔性鉸鏈(4)由兩組柔性鉸鏈(4al、4a2和4bl、4b2)通過三維對(duì)稱構(gòu)成，以實(shí)現(xiàn)金剛石刀具(5)在X方向和Z方向上的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，并最終通過主柔性鉸鏈(4)的結(jié)構(gòu)對(duì)稱性來消除金剛石刀具(5)在Y方向上的位移干擾。在初始狀態(tài)下，音圈電機(jī)(2a、2b)不通電時(shí)，主柔性鉸鏈(4)處于平衡狀態(tài)；在工作狀態(tài)下，分別對(duì)音圈電機(jī)(2a、2b)通電。第一音圈電機(jī)(2a)通過第一消減器裝置(3a)作用于主柔性鉸鏈(4)上，實(shí)現(xiàn)固定在主柔性鉸鏈(4)上的金剛石刀具(5)在X方向的大行程往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。第二音圈電機(jī)(2b)通過第二消減器裝置(3b)作用于主柔性鉸鏈(4)上，實(shí)現(xiàn)固定在主柔性鉸鏈(4)上的金剛石刀具(5)在X方向的大行程往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。
權(quán)利要求1.一種大行程兩軸直線式快速刀具伺服裝置，由基體、驅(qū)動(dòng)器、擾動(dòng)消減器以及刀架等組成，其中基體由第一側(cè)板(la)、第二側(cè)板(lb)、第一支板(lc)、第二支板(Id)、蓋板(Ie)以及底板(If)構(gòu)成；驅(qū)動(dòng)器由第一音圈電機(jī)(2a)和第二音圈電機(jī)(2b)組成；擾動(dòng)消減器由第一消減器裝置(3a)和第二消減器裝置(3b)構(gòu)成；刀架由主柔性鉸鏈(4)和金剛石刀具(5)組成，其特征在于第一音圈電機(jī)的定子固定在第一側(cè)板上；第二音圈電機(jī)的定子固定在第二側(cè)板上；第一音圈電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過第一消減器裝置作用在主柔性鉸鏈上；第二音圈電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過第二消減器裝置作用在主柔性鉸鏈上；金剛石刀具固定在由兩組柔性鉸鏈(4al、4a2、4bl、4b2)通過三維對(duì)稱構(gòu)成的主柔性鉸鏈上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種大行程兩軸直線式快速刀具伺服裝置，其特征為第一消減器裝置和第二消減器裝置分別通過第一組柔性鉸鏈(3al、3a2)和第二組柔性鉸鏈(3bl、3b2)來分別實(shí)現(xiàn)裝置在X方向和Z方向上的運(yùn)動(dòng)擾動(dòng)消減功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種大行程兩軸直線式快速刀具伺服裝置，其特征為主柔性鉸鏈由兩組柔性鉸鏈通過三維對(duì)稱構(gòu)成，以實(shí)現(xiàn)金剛石刀具在X方向和Z方向上的運(yùn)動(dòng)，并消除金剛石刀具在Y方向上的位移干擾。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種大行程兩軸直線式快速刀具伺服裝置，其特征為第一音圈電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過第一消減器裝置作用于主柔性鉸鏈上，實(shí)現(xiàn)金剛石刀具在X方向的精密大行程直線式高頻往復(fù)伺服運(yùn)動(dòng)；第二音圈電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過第二消減器裝置作用于主柔性鉸鏈上，實(shí)現(xiàn)金剛石刀具在Z方向的精密大行程直線式高頻往復(fù)伺服運(yùn)動(dòng)。
專利摘要本實(shí)用新型的一種大行程兩軸直線式快速刀具伺服裝置適用于以金剛石車削法創(chuàng)成非回轉(zhuǎn)對(duì)稱光學(xué)自由曲面。該裝置主要由基體、驅(qū)動(dòng)器、擾動(dòng)消減器以及刀架組成；擾動(dòng)消減器通過柔性鉸鏈實(shí)現(xiàn)裝置在X方向和Z方向上的運(yùn)動(dòng)擾動(dòng)消減功能；具有超精密驅(qū)動(dòng)功能的音圈電機(jī)轉(zhuǎn)子通過擾動(dòng)消減器作用于主柔性鉸鏈上，驅(qū)動(dòng)金剛石刀具從而實(shí)現(xiàn)金剛石刀具在X方向和Z方向上的大行程直線式高頻往復(fù)伺服運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、見效快，提高了FTS的定位精度和驅(qū)動(dòng)精度，可實(shí)現(xiàn)FTS的多自由度、大行程以及高頻響的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)B23Q5/28GK202742123SQ20122014735
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者鄒青, 王濤, 周曉勤, 呼詠, 逯建峰, 呼燁 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)