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
技術領域：
本發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精密零件車削加工等技術領域。
背景技術：
光學自由曲面又稱為非回轉對稱光學曲面，因其具有很大的設計空間，可以改善光學性能，從而實現光學系統的簡單化以及結構的輕量化等，這使得光學自由曲面在很多國計民生的重要領域都具有極其廣泛的應用需求，包括航天領域、航空領域、國防領域等工業領域以及汽車、移動電話、通訊等消費領域。自由曲面光學零件能否實現在上述眾多領域的廣泛應用，其關鍵還是在于能否精密高效地創成光學自由曲面。目前光學自由曲面的創成方法主要包括復制成形、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。現今國際學術界以及工業界普遍認為基于快速刀具伺服的金剛石車削(FTS)是一種最有發展前途的光學自由曲面創成方法。然而迄今為止對FTS的研究還存在一些關鍵問題有待研究和解決，這些問題主要包括一、目前大多數FTS的研究還局限于單自由度FTS，因其不能實現X軸和Z軸的同步往復運動而無法實現刀具軌跡規劃的表面形貌自主控制；二、現有的FTS的行程大多為微米級，這就限制了 FTS的性能，從而不能完全體現FTS的優越性；三、FTS的行程與其響應頻率始終是矛盾的，如何實現FTS的多自由度大行程高頻響應有待研究和解決。
發明內容本發明涉及一種大行程兩軸直線式快速刀具伺服裝置。該裝置可實現金剛石刀具在X方向和Z方向上的大行程高頻往復運動，同時消減了刀具在Y方向上的位移干擾，實現了 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精密零件車削加工等裝置上實現高效、精密地制備光學自由曲面零件。一種大行程兩軸直線式快速刀具伺服裝置，由基體、驅動器、擾動消減器以及刀架等組成，其中基體由第一側板(la)、第二側板(lb)、第一支板(Ic)、第二支板(Id)、蓋板(Ie)以及底板(If)構成；驅動器由第一音圈電機(2a)和第二音圈電機(2b)組成；擾動消減器由第一消減器裝置(3a)和第二消減器裝置(3b)構成；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的定子固定在第一側板上；第二音圈電機的定子固定在第二側板上；第一音圈電機的轉子通過第一消減器裝置作用在主柔性鉸鏈上；第二音圈電機的轉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)通過三維對稱構成的主柔性鉸鏈上。本發明可以明顯提高FTS的定位精度和驅動精度；可以實現FTS的多自由度、大行程以及高頻響的往復直線運動；具有結構簡單、成本低、見效快等特點。
圖I是一種大行程兩軸直線式快速刀具伺服裝置的結構軸測圖。圖2是一種大行程兩軸直線式快速刀具伺服裝置的結構俯視圖。圖3是一種大行程兩軸直線式快速刀具伺服裝置的結構正視圖。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構圖，
(a)為第一消減器裝置的三維結構圖、(b)為第二消減器裝置的三維結構圖。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構圖。圖6是主柔性鉸鏈的工作原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖所示實例對本發明作進一步說明。該裝置主要由基體、驅動器、擾動消減器以及刀架組成。基體由側板(la、lb)、支板(lc、ld)、蓋板(Ie)以及底板(If)構成，側板(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；驅動器由兩個音圈電機(2a、2b)組成，音圈電機的定子固定在側板上，音圈電機的轉子與消減器裝置固連；擾動消減器由兩個消減器裝置(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)通過兩個柔性鉸鏈(3al、3a2)實現對金剛石刀具(5)來自X方向的運動擾動的消減功能；消減器裝置(3b)通過兩個柔性鉸鏈(3bl、3b2)實現對金剛石刀具(5)來自Z方向的運動擾動的消減功能；主柔性鉸鏈(4)由兩組柔性鉸鏈(4al、4a2和4bl、4b2)通過三維對稱構成，以實現金剛石刀具(5)在X方向和Z方向上的往復直線運動，并最終通過主柔性鉸鏈(4)的結構對稱性來消除金剛石刀具(5)在Y方向上的位移干擾。在初始狀態下，音圈電機(2a、2b)不通電時，主柔性鉸鏈(4)處于平衡狀態；在工作狀態下，分別對音圈電機(2a、2b)通電。第一音圈電機(2a)通過第一消減器裝置(3a)作用于主柔性鉸鏈(4)上，實現固定在主柔性鉸鏈(4)上的金剛石刀具(5)在X方向的大行程往復直線運動。第二音圈電機(2b)通過第二消減器裝置(3b)作用于主柔性鉸鏈(4)上，實現固定在主柔性鉸鏈(4)上的金剛石刀具(5)在X方向的大行程往復直線運動。
權利要求1.一種大行程兩軸直線式快速刀具伺服裝置，由基體、驅動器、擾動消減器以及刀架等組成，其中基體由第一側板(la)、第二側板(lb)、第一支板(lc)、第二支板(Id)、蓋板(Ie)以及底板(If)構成；驅動器由第一音圈電機(2a)和第二音圈電機(2b)組成；擾動消減器由第一消減器裝置(3a)和第二消減器裝置(3b)構成；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的定子固定在第一側板上；第二音圈電機的定子固定在第二側板上；第一音圈電機的轉子通過第一消減器裝置作用在主柔性鉸鏈上；第二音圈電機的轉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)通過三維對稱構成的主柔性鉸鏈上。
2.根據權利要求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)來分別實現裝置在X方向和Z方向上的運動擾動消減功能。
3.根據權利要求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稱構成，以實現金剛石刀具在X方向和Z方向上的運動，并消除金剛石刀具在Y方向上的位移干擾。
4.根據權利要求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的轉子通過第一消減器裝置作用于主柔性鉸鏈上，實現金剛石刀具在X方向的精密大行程直線式高頻往復伺服運動；第二音圈電機的轉子通過第二消減器裝置作用于主柔性鉸鏈上，實現金剛石刀具在Z方向的精密大行程直線式高頻往復伺服運動。
專利摘要本實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成非回轉對稱光學自由曲面。該裝置主要由基體、驅動器、擾動消減器以及刀架組成；擾動消減器通過柔性鉸鏈實現裝置在X方向和Z方向上的運動擾動消減功能；具有超精密驅動功能的音圈電機轉子通過擾動消減器作用于主柔性鉸鏈上，驅動金剛石刀具從而實現金剛石刀具在X方向和Z方向上的大行程直線式高頻往復伺服運動。本實用新型結構簡單、成本低、見效快，提高了FTS的定位精度和驅動精度，可實現FTS的多自由度、大行程以及高頻響的往復直線運動。
文檔編號B23Q5/28GK202742123SQ20122014735
公開日2013年2月20日 申請日期2012年4月10日 優先權日2012年4月10日
發明者鄒青, 王濤, 周曉勤, 呼詠, 逯建峰, 呼燁 申請人:吉林大學