【芯明天納米級(jí)微運(yùn)動(dòng)】之【壓電快速刀具定位臺(tái)】
更新時(shí)間： 2022-08-25
壓電快速刀具定位臺(tái)的命名由它的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源及其功能相結(jié)合而來(lái)的。“壓電”指的是它的驅(qū)動(dòng)源，即利用PZT壓電陶瓷來(lái)作為驅(qū)動(dòng)源從而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)；而“快速刀具定位臺(tái)”則是它的功能，它的移動(dòng)端可以用來(lái)帶載加工刀具（如金剛石等）進(jìn)行車削加工。壓電快速刀具定位臺(tái)將PZT壓電陶瓷與鉸鏈機(jī)構(gòu)相結(jié)合，同時(shí)，配備有機(jī)械固定安裝接口與刀具安裝接口。
什么是壓電快速刀具定位臺(tái)？
壓電快速刀具定位臺(tái)是為超精密車削加工而研發(fā)設(shè)計(jì)的，利用自身所具有的高響應(yīng)頻率、高剛度、高精度等特性，驅(qū)動(dòng)刀具在運(yùn)動(dòng)方向快速微進(jìn)給，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜面形工件或結(jié)構(gòu)的超精密加工。
精密加工
與傳統(tǒng)加工刀具相比，芯明天壓電快速刀具定位臺(tái)有哪些優(yōu)點(diǎn)？
由壓電快速刀具定位臺(tái)及配套機(jī)床設(shè)備可以組成快刀伺服加工系統(tǒng)。
快刀伺服加工是指在車削加工過(guò)程中，借助于安裝在Z軸上的壓電快刀微進(jìn)給機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)刀具作高頻響、小幅值的軸向快速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并與高精度的回軸和徑向進(jìn)給相配合，完成整個(gè)車削加工過(guò)程。與Z軸一般幾十赫茲的進(jìn)刀頻率相比，快刀伺服微進(jìn)給機(jī)構(gòu)的進(jìn)刀頻率可以達(dá)到幾千赫茲甚至更高，從而大大提高了加工效率。
壓電快速刀具定位臺(tái)加工效果圖
與傳統(tǒng)加工刀具加工方式相比，快刀伺服車削加工具有高頻響、高效率的特點(diǎn)，一次加工就能夠得到高面型精度的復(fù)雜微結(jié)構(gòu)表面，適用于光學(xué)元件等微結(jié)構(gòu)元件的高效優(yōu)質(zhì)加工。
帶有冷卻孔的壓電快速刀具定位臺(tái)
快刀伺服車削加工要求高頻響、高精度的微進(jìn)給，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的快速刀具定位臺(tái)有響應(yīng)速度快、加速度高、頻響范圍寬、易于控制等諸多優(yōu)點(diǎn)。
采用芯明天快速刀具定位臺(tái)加工微結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)真正的三維結(jié)構(gòu)加工，成形精度可達(dá)到納米級(jí)，無(wú)需后續(xù)拋光處理，加工效率高，且可加工相對(duì)較大尺度的元件，可重復(fù)加工具有復(fù)雜形狀的各種異形元件，一次加工即可獲得很高的零件尺寸精度、形狀精度和很低的表面粗糙度，能夠?qū)崿F(xiàn)光學(xué)微結(jié)構(gòu)的高效率、高精度、柔性化加工，它已在超精密加工上得到非常廣泛的應(yīng)用。
壓電快速刀具定位臺(tái)安裝圖
采用大出力壓電陶瓷
快速刀具定位臺(tái)采用的壓電陶瓷分為標(biāo)準(zhǔn)型壓電陶瓷和大出力型壓電陶瓷，采用大出力型壓電陶瓷的快速刀具定位臺(tái)可產(chǎn)生幾千牛頓的出力，是其他普通壓電納米定位臺(tái)出力的幾倍。
采用標(biāo)準(zhǔn)型壓電陶瓷的快速刀具定位臺(tái)，其驅(qū)動(dòng)電壓一般為150V，而采用大出力型壓電陶瓷，其驅(qū)動(dòng)電壓通常為500V或1000V。
納米級(jí)分辨率，可選配傳感器
根據(jù)是否配置傳感器，壓電快速刀具定位臺(tái)又分為開(kāi)環(huán)（無(wú)定位反饋傳感器）和閉環(huán)（集成定位反饋傳感器）版本。開(kāi)環(huán)下，它的分辨率是無(wú)限高的，只受控制設(shè)備的噪聲的限制，但是由于壓電陶瓷的遲滯和蠕變特性，使其重復(fù)性和穩(wěn)定性較低。但閉環(huán)版本壓電快速刀具定位臺(tái)，可消除遲滯和蠕變。
快速刀具定位臺(tái)所驅(qū)動(dòng)的刀具位置可以通過(guò)內(nèi)置傳感進(jìn)行反饋控制，可實(shí)現(xiàn)納米級(jí)分辨率。
壓電快速刀具定位臺(tái)是快刀伺服加工系統(tǒng)中非常重要的部件，作為高速高精度位移輸出機(jī)構(gòu)，其性能的好壞對(duì)快刀伺服加工的微結(jié)構(gòu)表面質(zhì)量有直接影響。芯明天科技設(shè)計(jì)研發(fā)的P92、P93系列壓電快速刀具定位器，具有承載力大、響應(yīng)速度快、頻率范圍寬、精度高的優(yōu)點(diǎn)，是快刀伺服的不錯(cuò)產(chǎn)品。
多種傳感器可選
芯明天壓電快速刀具定位臺(tái)有多種閉環(huán)方式可選，如電容式、電感式、應(yīng)變式閉環(huán)，也可采用外部閉環(huán)的控制方式。閉環(huán)方式的不同影響著快速刀具定位臺(tái)的控制精度、工作頻率及成本等因素。
傳感器類型
在采用外部閉環(huán)時(shí)，可在刀具夾持端后部增加壓電式力傳感器，通過(guò)傳感器加工過(guò)程中的軸向力，測(cè)得的力信號(hào)與預(yù)設(shè)力大小進(jìn)行對(duì)比，并將結(jié)果傳輸至壓電控制器，使得壓電快速刀具定位臺(tái)沿軸向發(fā)生位移，進(jìn)而改變加工過(guò)程中的軸向力的大小，使軸向力與預(yù)設(shè)力大小一致。
芯明天標(biāo)品壓電快速刀具定位臺(tái)
芯明天具有近20種專為快刀伺服微加工而設(shè)計(jì)的快速刀具定位臺(tái)，它們有著位移、頻率、閉環(huán)方式、出力、驅(qū)動(dòng)電壓、外觀結(jié)構(gòu)等性能的差別。
在位移參數(shù)上，由十幾微米到百微米以上的行程范圍，不同的位移下工作頻率也不同。例如，芯明天P92.X20快速刀具定位臺(tái)，在18μm行程下，工作頻率可達(dá)95Hz；在9μm行程下，工作頻率可達(dá)190Hz；而在1μm行程下，工作頻率達(dá)600Hz。
P92.X20系列快速刀具定位臺(tái)
行程：18μm
驅(qū)動(dòng)電壓：0~150V
承載能力：300g
閉環(huán)方式可選
P92.X25系列快速刀具定位臺(tái)
行程：23μm
空載諧頻頻率：3000Hz
出力：1000N
閉環(huán)方式可選
P92.X40系列快速刀具定位臺(tái)
行程：40μm
驅(qū)動(dòng)電壓：0~1000V
出力：3000N
定制散熱孔
P92.X70系列快速刀具定位臺(tái)
行程：75μm
定位精度：0.01%F.S.
定制防塵防液滴型
閉環(huán)方式可選
P93.X70系列快速刀具定位臺(tái)
行程：81μm
承載能力：20kg
分辨率：達(dá)1nm
閉環(huán)方式可選
芯明天快速刀具定位臺(tái)應(yīng)用案例
芯明天快速刀具定位臺(tái)的微進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，為各種超精密加工提供微納米級(jí)的定位精度，用于各種光學(xué)元件的加工，可進(jìn)行不同形狀、圖形的車削加工，協(xié)助各種超高精度加工的順利完成，在光學(xué)等領(lǐng)域擁有著非常廣泛的應(yīng)用。
導(dǎo)光板模具加工
光學(xué)元件加工
P93快刀臺(tái)與手調(diào)臺(tái)結(jié)合超精密加工
壓電快速刀具定位臺(tái)安裝操作說(shuō)明
一）安全指南
壓電快速刀具定位臺(tái)采用先進(jìn)的技術(shù)和安全標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)而成，為了您的自身安全及產(chǎn)品的正確使用，使用時(shí)請(qǐng)注意以下幾點(diǎn)。
溫度改變和壓力都會(huì)給壓電快速刀具定位臺(tái)充電，與控制器斷開(kāi)連接的一段時(shí)間壓電快速刀具定位臺(tái)也會(huì)保持帶電狀態(tài)，所以操作者在使用時(shí)要注意：
· 不要擅自拆卸壓電快速刀具定位臺(tái)；
· 在安裝以前給壓電快速刀具定位臺(tái)進(jìn)行放電，這個(gè)可以通過(guò)和控制器連接實(shí)現(xiàn)；
· 在操作過(guò)程中不要拔出控制器；
· 使用前首先檢查本產(chǎn)品的連接線是否完好，產(chǎn)品及控制器是否進(jìn)行了有效的接地保護(hù)，操作過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格規(guī)范操作，上電后不要用手觸碰產(chǎn)品（最高可達(dá)1000V以上電壓），以防發(fā)生危險(xiǎn)。
為了防止不當(dāng)操作對(duì)產(chǎn)品造成損壞，使用時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
· 壓電快速刀具定位臺(tái)盡量在無(wú)塵、無(wú)油、無(wú)潤(rùn)滑劑的環(huán)境中使用；
· 建議負(fù)載不要超過(guò)本產(chǎn)品的承載能力，裝載時(shí)注意扭力不要過(guò)大，不要撬或扭轉(zhuǎn)負(fù)載面，以免損傷結(jié)構(gòu)；
· 當(dāng)出現(xiàn)異常情況應(yīng)該立即關(guān)閉相關(guān)部分；
· 長(zhǎng)期使用建議使用推薦電壓范圍；
· 請(qǐng)勿對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行拆解，以免造成產(chǎn)品損壞；
· 避免拉伸和彎曲電纜接口，防止對(duì)電纜造成損壞；
· 使用我公司提供的專用電纜連接壓電快速刀具定位臺(tái)和控制器；
· 不能隨便使用電纜延長(zhǎng)線，如需要更長(zhǎng)電纜請(qǐng)聯(lián)系我司銷售人員。
二）安裝與注意事項(xiàng)
安裝前首先要進(jìn)行安全檢查，如連接線有無(wú)破損、斷線，驅(qū)動(dòng)電源有無(wú)接地保護(hù)等。
壓電快速刀具定位臺(tái)安裝步驟如下：
· 確保安裝平面足夠平整；
· 使用螺釘固定壓電快速刀具定位臺(tái)，擰緊；
· 安裝負(fù)載刀具，適當(dāng)擰緊以確保定位精度；
· 將產(chǎn)品連接線按連接器頭處標(biāo)識(shí)與控制器對(duì)應(yīng)接口連接起來(lái)。
注意：
· 安裝負(fù)載時(shí)緩慢擰緊負(fù)載，扭矩不要太大，以免損傷機(jī)構(gòu)；
· 避免拉伸電纜和彎曲電纜；
· 使用我公司提供的專用電纜連接快速刀具定位臺(tái)和控制器。
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