[实用新型]一种数控超精密加工机床并联平动三维快速刀具伺服装置

说明书

技术领域

本发明涉及自由曲面光学元件领域，尤其涉及一种数控超精密加工机床并联平动三维快速刀具伺服装置。

背景技术

自由曲面光学元件具有改善光学性能、优化产品结构、实现轻量化等显著优点。随着现代科技发展的日新月异，自由曲面光学元件的应用领域逐步扩大，不仅包括航空、航天、国防、军事等核心技术领域，同时也涉及到普通民用、办公等日常生活方面。在医用光学相机、扫描仪、红外夜视仪等领域也有着广泛的应用。其中，利用快速刀具伺服(FTS)技术进行自由曲面光学元件的加工被认为是最有发展前途的加工方法。

FTS经历了从单自由度到多自由度的发展，鉴于单自由度FTS加工的局限性；即只能进行单方向的往复运动和单方向运动轴误差校正，仅能满足恒进给的刀具路径，对于一些复杂的曲面就束手无策了。因此在单自由度FTS的基础上需要研制多自由度FTS来满足复杂曲面的快速伺服加工。多自由度FTS可以实现多方向主动切削加工和多方向位移补偿，能够解决切削力扰动，实现机床主轴与FTS装置的同步性和协调性，克服单自由度FTS加工中存在的问题，拓展基于NRS曲面加工的FTS金刚石车削加工领域和加工能力。因此多自由度FTS装置的研究意义重大。

目前现有技术主要采用的FTS加工机构的一种经典的结构如图1所示，其加工机床布局图如图2所示。在一台超精密数控车床的X向导轨上安装一台FTS装置，金刚石刀具夹持在上，工件安装在超精密车床的主轴或轴上。金刚石刀具可以由FTS驱动实现沿着主轴方向的快速往复运动，也能沿着导轨做X、Z向的进给运动。在加工过程中，刀具既随着X、Z导轨做两向进给运动，也由FTS驱动沿着主轴做快速往复运动，两者同时运作，FTS补偿导轨的位移误差，宏微复合并提高金刚石刀具的加工精度。

对于传统的FTS装置来说，存在着明显的的不足，这种不足表现在:

(1)专用机床的特点是一种机床只能加工同一类型的零件，因此加工成本高，加工效率低。

(2)不能实现多自由度的位移误差补偿。

(3)难以保证其他方向上的绝对刚度。

(4)金刚石刀具的工作空间狭小，对于形状复杂、变形度较大的曲面加工，很难满足其加工要求。

实用新型内容

本实用新型实施例公开了一种数控超精密加工机床并联平动三维快速刀具伺服装置，解决了传统的FTS装置加工成本高，加工效率低，不能实现多自由度的位移误差补偿，难以保证其他方向上的绝对刚度的技术问题。

本发明实施例提供的一种数控超精密加工机床并联平动三维快速刀具伺服装置，包括：

X向驱动平台、Y向驱动平台、Z向驱动平台、主柔性铰链、副柔性铰链、刀具；

X向驱动平台和Y向驱动平台分别通过主柔性铰链与刀具连接，Z向驱动平台通过副柔性铰链与刀具连接。

可选地，X向驱动平台与主柔性铰链之间还固定连接有柔性铰链外架，Y向驱动平台与主柔性铰链之间还固定连接有柔性铰链外架；

柔性铰链外架与X向驱动平台及Y向驱动平台的连接面凸起。

可选地，X向驱动平台包括X向支撑架、X向压电陶瓷驱动器、X向驱动器保护套筒；

X向压电陶瓷驱动器一端与X向支撑架固定连接，X向压电陶瓷驱动器的另一端套有X向驱动器保护套筒，X向压电陶瓷驱动器为堆叠式压电陶瓷驱动器。

可选地，Y向驱动平台包括Y向支撑架、Y向压电陶瓷驱动器、Y向驱动器保护套筒；

Y向压电陶瓷驱动器一端与Y向支撑架固定连接，Y向压电陶瓷驱动器的另一端套有Y向驱动器保护套筒，Y向压电陶瓷驱动器为堆叠式压电陶瓷驱动器。

可选地，Z向驱动平台包括Z向支撑架、Z向压电陶瓷驱动器、Z向驱动器保护套筒；

Z向压电陶瓷驱动器一端与Z向支撑架固定连接，Z向压电陶瓷驱动器的另一端套有Z向驱动器保护套筒，Z向压电陶瓷驱动器为堆叠式压电陶瓷驱动器。

可选地，刀具为金刚石刀具。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：