芯明天納米級微運動之壓電快速刀具定位臺

壓電快速刀具定位臺的命名由它的驅(qū)動動力源及其功能相結(jié)合而來的?！皦弘姟敝傅氖撬尿?qū)動源，即利用PZT壓電陶瓷來作為驅(qū)動源從而產(chǎn)生運動；而“快速刀具定位臺”則是它的功能，它的移動端可以用來帶載加工刀具（如金剛石等）進行車削加工。壓電快速刀具定位臺將PZT壓電陶瓷與鉸鏈機構(gòu)相結(jié)合，同時，配備有機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？

壓電快速刀具定位臺是為超精密車削加工而研發(fā)設(shè)計的，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)動刀具在運動方向快速微進給，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有哪些優(yōu)點？

由壓電快速刀具定位臺及配套機床設(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程中，借助于安裝在Z軸上的壓電快刀微進給機構(gòu)驅(qū)動刀具作高頻響、小幅值的軸向快速進給運動，并與高精度的回軸和徑向進給相配合，完成整個車削加工過程。與Z軸一般幾十赫茲的進刀頻率相比，快刀伺服微進給機構(gòu)的進刀頻率可以達(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，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

快刀伺服車削加工要求高頻響、高精度的微進給，壓電陶瓷驅(qū)動的快速刀具定位臺有響應(yīng)速度快、加速度高、頻響范圍寬、易于控制等諸多優(yōu)點。

采用芯明天快速刀具定位臺加工微結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)真正的三維結(jié)構(gòu)加工，成形精度可達(dá)到納米級，無需后續(xù)拋光處理，加工效率高，且可加工相對較大尺度的元件，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安裝圖

采用大出力壓電陶瓷

快速刀具定位臺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可產(chǎn)生幾千牛頓的出力，是其他普通壓電納米定位臺出力的幾倍。

采用標(biāo)準(zhǔn)型壓電陶瓷的快速刀具定位臺，其驅(qū)動電壓一般為150V，而采用大出力型壓電陶瓷，其驅(qū)動電壓通常為500V或1000V。

納米級分辨率，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又分為開環(huán)（無定位反饋傳感器）和閉環(huán)（集成定位反饋傳感器）版本。開環(huán)下，它的分辨率是無限高的，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，可消除遲滯和蠕變。

快速刀具定位臺所驅(qū)動的刀具位置可以通過內(nèi)置傳感進行反饋控制，可實現(xiàn)納米級分辨率。

壓電快速刀具定位臺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構(gòu)，其性能的好壞對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，是快刀伺服的首選產(chǎn)品。

多種傳感器可選

芯明天壓電快速刀具定位臺有多種閉環(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，可在刀具夾持端后部增加壓電式力傳感器，通過傳感器加工過程中的軸向力，測得的力信號與預(yù)設(shè)力大小進行對比，并將結(jié)果傳輸至壓電控制器，使得壓電快速刀具定位臺沿軸向發(fā)生位移，進而改變加工過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

芯明天具有近20種專為快刀伺服微加工而設(shè)計的快速刀具定位臺，它們有著位移、頻率、閉環(huán)方式、出力、驅(qū)動電壓、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，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

行程：18μm

驅(qū)動電壓：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

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

行程：40μm

驅(qū)動電壓：0~1000V

出力：3000N

定制散熱孔

P92.X70系列快速刀具定位臺

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

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應(yīng)用案例

芯明天快速刀具定位臺的微進給運動，為各種超精密加工提供微納米級的定位精度，用于各種光學(xué)元件的加工，可進行不同形狀、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快刀臺與手調(diào)臺結(jié)合超精密加工

壓電快速刀具定位臺安裝操作說明

一）安全指南

壓電快速刀具定位臺采用先進的技術(shù)和安全標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計而成，為了您的自身安全及產(chǎn)品的正確使用，使用時請注意以下幾點。

溫度改變和壓力都會給壓電快速刀具定位臺充電，與控制器斷開連接的一段時間壓電快速刀具定位臺也會保持帶電狀態(tài)，所以操作者在使用時要注意：

· 不要擅自拆卸壓電快速刀具定位臺；

· 在安裝以前給壓電快速刀具定位臺進行放電，這個可以通過和控制器連接實現(xiàn)；

· 在操作過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)品及控制器是否進行了有效的接地保護，操作過程中應(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。

為了防止不當(dāng)操作對產(chǎn)品造成損壞，使用時應(yīng)注意以下幾點：

· 壓電快速刀具定位臺盡量在無塵、無油、無潤滑劑的環(huán)境中使用；

· 建議負(fù)載不要超過本產(chǎn)品的承載能力，裝載時注意扭力不要過大，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；

· 長期使用建議使用推薦電壓范圍；

· 請勿對產(chǎn)品進行拆解，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和控制器；

· 不能隨便使用電纜延長線，如需要更長電纜請聯(lián)系我司銷售人員。

二）安裝與注意事項

安裝前首先要進行安全檢查，如連接線有無破損、斷線，驅(qū)動電源有無接地保護等。

壓電快速刀具定位臺安裝步驟如下：

· 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，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)識與控制器對應(yīng)接口連接起來。

注意：

· 安裝負(fù)載時緩慢擰緊負(fù)載，扭矩不要太大，以免損傷機構(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和控制器。

審核編輯 黃昊宇