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1簡介

許多早期的FTS系統(tǒng)用于校正與機床有關(guān)的各種誤差,諸如主軸徑向跳動或者寄生振動。具有很高分辨率和穩(wěn)定性的快速進(jìn)刀機構(gòu)的新的改進(jìn)已滿足這些需要,并向新的應(yīng)用領(lǐng)域提出挑戰(zhàn)。能加工的各種超精表面現(xiàn)在可能包括*的、非旋轉(zhuǎn)對稱光學(xué)組件,諸如校正次反射鏡、合成光學(xué)件、軸上車削離軸二次截面和廣義曲面等.

本文描述一種裝置用于擴(kuò)展現(xiàn)有機床加工遠(yuǎn)離軸二次截面的能力。為了在旋轉(zhuǎn)軸上加工離軸光學(xué)件,FTS大致按一正弦方式移動切削刀具,每轉(zhuǎn)移進(jìn)/出被加工光學(xué)平面兩次.當(dāng)光學(xué)件足夠小適合于在機床上加工時,這種方法極大地減低了所要求的機床尺寸,但要求有一個大的擺動能力以加工它的母曲面。一個快速進(jìn)刀伺服系統(tǒng)允許機床加工到接近于所能加工工件的中心,因此提高加工表面的精度、重復(fù)性和光潔度。此外,這種加工機制避免了平衡固定的困難,當(dāng)循環(huán)加工操作移動行程靠近兩端時,能降低對循環(huán)穩(wěn)定性的要求。

在*的光學(xué)系統(tǒng)中,為了提高系統(tǒng)性能并避免在反射式同心系統(tǒng)中由遮蔽造成的衍射效應(yīng),正在大量增加傾斜和偏心光瞳在光學(xué)系統(tǒng)中的使用。結(jié)合自校正設(shè)計的這種系統(tǒng),是很適合于用超精金剛石車床加工的。這種系統(tǒng)被廣泛地用于工業(yè)、科研和軍事系統(tǒng)中,包括攔截類光學(xué)系統(tǒng)、科學(xué)儀器、空載光學(xué)平臺、分析儀器。 [1] 

2致動器描述

FTS系統(tǒng)致動器是美國北卡來羅納州立大學(xué)精密工程中心設(shè)計的,它是利用早期一具有很小行程的致動器改進(jìn)而成的,是由欽錯酸鉛鹽材料制作的增強型壓電轉(zhuǎn)換器（PZT）堆構(gòu)成的。其結(jié)構(gòu)設(shè)計的顯著特征是:使用一個高分辨率/寬帶寬的閉合回路電容反饋探測器、一個用于延伸行程長度的PZT堆和一個用于消除遲滯產(chǎn)生的熱的主動冷卻系統(tǒng)。撓性板使徑向有較高的強度,同時允許有軸向移動以滿足系統(tǒng)的要求。把一個帶有較短刀柄適配器的尖形金剛石刀固定在刀柄夾上,用于加工各種表面。 [1] 

3評價

MAC-100FTS系統(tǒng)的動態(tài)評估顯示,它比早先裝置的加工范圍和精度有顯著提高,證實該系統(tǒng)能用現(xiàn)有金剛石車床加工遠(yuǎn)離軸反射鏡,對MAC-100的優(yōu)化著重在以下兩個獨立方面:改進(jìn)控制器增益和加補償模塊,去減少控制器的非線性。兩者均顯著地提高系統(tǒng)性能。

改進(jìn)控制器增益能使在8kHz采樣速率運轉(zhuǎn)條件下而形誤差減少51%。增加補償器能使全部行程范圍內(nèi)面形誤差減少43%和使70um行程范圍內(nèi)的面形誤差減少80%。然而,控制器會導(dǎo)致“較光滑”的誤差,而補償器會導(dǎo)致突變性的誤差,這在光學(xué)應(yīng)用中是不允許的。

控制器參數(shù)研究表明:降低主軸轉(zhuǎn)速能改善反射鏡的P-V面形誤差,這是因為它給控制器增加了時間,用于校正反饋傳感器探測出來的擾動和誤差。即使在很低的主軸速度情況下仍然會出現(xiàn)面形誤差,其值為主軸速度1000rpm切削時誤差的60%。然而,減低主軸速度在生產(chǎn)環(huán)境下可能是不希望的。

金剛石車削非球面反射鏡的面形誤差好于1umP-V。加上非線性補償和其它控制系統(tǒng)的幫助,而形精度能被進(jìn)一步提高。這樣質(zhì)量的反射鏡能直接用于紅外光學(xué)系統(tǒng),采用少量事后拋光加工可以提高表面光潔度,這種質(zhì)量的反射鏡對可見光波長的許多應(yīng)用將是很合適的。