几个光学制造商正在研究伺服工具加工技术。
本文针对提供以下:
- 一个实际的理解的操作特性不同的Precitech伺服工具选项
- 数据来找出哪些伺服最适合应用程序的工具
- 一种技术来确定伺服工具加工周期
伺服加工工具的好处
可以在经济上产生non-rotational对称表面包括自由表面Precitech双轴金刚石车削的车床,Precitech Nanoform 200年、350年和700年使用公司的伺服系统工具选项。
伺服加工工具的好处是:
- 增加的组件范围可以在现有Nanoform车床
- 最小化成本和交货时间工件夹具
伺服加工工具——典型的系统配置
一个正常的机器配置伺服工具加工如图1所示。工件安装在C轴,这是安装在轴上马车。在z轴伺服运输工具安装。加工与这台机器配置被称为“XZC加工”。
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图1所示。X, Z和C轴运动
三个伺服工具选项
Precitech提供了三个伺服工具选项覆盖广泛的应用需求。表1显示了的一般特征缓慢的工具伺服(STS)和两个快速刀具伺服(FTS)选项:FTS500 FTS70。
表1。一般特征Precitech STS, FTS500 FTS70伺服工具
|
STS |
FTS 500 |
FTS 70 |
| 驱动和“轴承”技术 |
直线电机/静水含油轴承 |
音圈质量/空气轴承和计数器 |
压电堆栈/挠曲元素 |
| 特色旅游* |
10毫米(@ 2赫兹) |
500年嗯 |
70年嗯 |
| 带宽特点* * |
70赫兹 |
1000赫兹 |
700赫兹 |
| 特征表面光洁度^ |
5 nm Ra |
8纳米类风湿性关节炎 |
5 nm Ra |
| 形式特点精度^ |
250纳米光伏 |
300纳米光伏 |
600纳米光伏 |
| 位置传感器 |
规模 |
模拟 |
模拟 |
| 编程软件 |
Diffsys |
SOP |
SOP |
*参见图1为一个更完整的描述
* *与伺服控制的设计和性能
^典型试样的性能(也很多应用程序的典型现实世界的结果)
的STS选项(低加速度,长偏移)通常用于生产高振幅non-rotationally-symmetric连续表面。瞬时变化或拐点特征在一个连续的表面。
FTS70和FTS500选项(高加速度,短偏移)通常用于生产更高频率(更高的空间密度)、低振幅和表面结构,这可能表面不连续。
最适合伺服工具选项
选择合适的伺服的工具是一个功能如下:
- 表面光洁度要求
- 周期时间(生产力)的目标
- 表单精度需求
- 过渡区域规范之间的区域(即明确光阑不连续面)
每个选择都有不同的操作功能对于他们的物理设计,驱动技术和伺服控制算法。这些非常轻微的差异可以利用提供出色的性能相对于一个特定的应用程序。
在形式的准确性,STS和FTS500 excel(直线电机和音圈驱动器)。这两个驱动器功能高度线性响应曲线,有助于实现形式精度高。
领域的表面光洁度,FTSS70擅长(压电堆栈)。高特点,低质量的带宽和很高的定位分辨率FTS70是一个合适的组合生成高质量的表面装饰。
选择最好的伺服工具选项的第一步是找出如果工具路径所需的驱动频率振幅和伺服的应用程序在操作范围内的工具。
图2显示了刀具运动的最大振幅和驱动频率曲线Precitech伺服工具。工具激励频率和振幅的工具路径需要生成一个表面可以绘制一个操作点关于这些曲线。
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图2。STS和FTS加工操作限制
驱动振幅
完整的z轴运动的一半(最坏的情况下)为一个特定的工件代表振幅的革命。这个运动的非旋转对称组件所需的表面。
工具驱动频率
刀具运动周期每秒的数量称为驱动频率。它直接与工件的转速。连续的表面特性简单的算术激励频率和转动速度之间的关系(RPM)。对于每一个革命的一部分,一个倾斜的平面上完成一个周期的运动工具。
不连续面,下面的方程用于近似最大工具激励频率:
Fd(Hz) =(2ΠR马克斯)N (rpm) / 60 p
地点:
- P =球场(毫米间距)的光元素的中心(或和弦距离在一个元素)。
- R马克斯=最大转弯半径毫米从旋转的中心到最偏远的光学元件。
- N =主轴转速
在这种情况下,突然地面坡度的变化或有台阶表面高度,重要的是要考虑伺服的恢复时间的工具。
过渡地区不连续表面
每个光学元件的通光孔径面积显然是指定的组件显示在表面不连续或重复整个表面形状组合在一起。
从组件规范的特点伺服的工具,下列事项:
- 允许在光圈形状误差区域,
- 带宽伺服工具的特征
- 通光孔径的物理尺寸和过渡区域,
使用这个数据和图4中,可以确定最大表面的速度相对于刀具的一部分。由此,可以确定主轴速度和一部分减少周期时间。
经典的控制回路
一个典型的控制回路响应命令工具路径,改变运动的方向是如图3所示。
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图3。遍历+ 0.2到-0.2坡在150毫米/秒
实际运动和理想运动之间的差异导致部分表面误差。工具路径可以正确的速度剧烈的斜坡或表面高度变化与特征相关带宽伺服控制回路的工具。
如图3所示,正弦的周期误差运动的固有频率的倒数伺服控制回路的工具。表1显示了伺服带宽特性的工具,这是结果(输出)刀具运动的驱动频率振幅是3 db(30%)从命令(输入)振幅。伺服工具控制回路的固有频率比特征带宽较小的30%。
“残差”是允许的通光孔径的形状误差。正常切割速度是监管的残留误差在退出过渡区域(最终恢复区)小于容许形状误差(不到)。
一个整体洞察力
图4与下面的无量纲表示:
- 误差运动振幅和刀具轨迹的斜率(S),错误= f (S)
- 恢复区宽度(RZ)和伺服带宽(Bw)工具,RZ = f (1 / Bw)
- 工具表面速度(Vs)和恢复区宽度RZ, Vs = x BW RZ / RZ酒吧
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图4。无因次表面误差在加工一个角落与平等的+ / -斜坡表面速度Vs
下面的例子展示了如何运用这些数据来确定正确的伺服应用程序的工具和确定完成的周期时间减少。
应用范围:小透镜阵列
小透镜阵列的规格是:
- 组件尺寸:直径50毫米
- 镜头直径(沥青)(P) 5毫米
- 透镜形成球形R = 12.5毫米(PV凹陷= 0.25毫米)
- 允许在光圈形状误差(也等于剩余误差(RE)) = 0.31µm RE = 0.00031毫米
- 通光孔径直径4.61毫米(通光孔径面积85%的整体透镜区)
- 恢复区宽度(过渡区域跨度/ 2 ^ ^):RZ = 0.195毫米
- 刀位轨迹斜率(上升/运行)在过渡区域(S) = 0.2
^ ^注意:在这个例子中,部分是设计的过渡区域放置对称透镜之间的边界特征。刀位轨迹误差是不对称与这些界限。跟踪误差占了主导地位。这可以利用,以进一步降低制造成本的一部分,如果光学设计允许非对称过渡区域。
伺服工具振幅
根据所需的工具振幅(125µm = 0.25毫米/ 2),指的是图2可以减少该组件使用FTS 500或STS伺服工具而不是FTS 70伺服工具。
最大的主轴转速
接下来,最大主轴速度决定使用图4。
再保险酒吧= RE(µm) / RZ(µm) / S = 0.31 / 195/0.2 = 0.00795
使用再保险酒吧值和曲线在图4中,RZ酒吧值被发现~ 1.3
假设FTS 500伺服工具选项(BW = 1000 hz)的最大表面与速度是:
Vs = BW (Hz) * RZ(毫米)/ RZ酒吧= 1000 * 0.195毫米/ 1.3 = 150毫米/秒= 9000毫米/分钟
主轴转速,转速= Vs /(周长马克斯)= 9000 /(Π* 50)= 57 rpm
伺服驱动工具的频率
工具驱动频率下一个决定:
Fd=(2 *Π* N (RPM) / (60 * P)) =(2 *Π* 57 / (60 * 5)= 30 hz
指图2,这个驱动频率和振幅超过STS伺服工具的功能组合。
完成减少周期时间
假设一个常数主轴速度和3µm提要/牧师,精加工的周期时间是:
周期时间(分钟)= dia一部分。/(2 *提要/牧师* RPM) = 50 /(2 * 0.003 * 57) = 146分钟。
其他应用程序示例
表2中列出的相关操作参数范围的应用程序。所有这些都是基于实际切削实验在Precitech执行。表2中的结果符合实际生产结果观察到客户。
表2。切结果使用各种伺服工具选项
| 应用程序描述 |
伺服的工具 |
Dia一部分。(毫米) |
主轴(rpm) |
提要/牧师(μm) |
周期时间(分钟)。 |
Z振幅(毫米) |
驱动频率(赫兹)。 |
工具半径(毫米) |
形状误差测量光伏(μm) |
理想表面光洁度Ra (nm) |
测量表面光洁度Ra (nm) |
| 2毫米倾斜平——铜 |
STS |
50 |
50 |
10 |
50.0 |
1 |
0.83 |
1.5 |
0.35 |
2.1 |
2.7 - 4.7 |
| 2毫米倾斜平——铜 |
STS |
50 |
150年 |
5 |
33.3 |
1 |
2.50 |
1.5 |
< 0.25 |
0.53 |
2.9 - 4.5 |
| 2毫米倾斜平——铜 |
STS |
50 |
150年 |
8 |
21 |
1 |
2.50 |
2.5 |
0.2 |
0.82 |
3.0 - -4.0 |
| 2毫米倾斜平——铜 |
STS |
50 |
225年 |
10 |
11.1 |
1 |
3.75 |
1.5 |
< 0.25 |
2.1 |
5.0 - 8.1 |
| A12TF 200嗯倾斜平-铜 |
FTS500 |
12 |
500年 |
2 |
6.0 |
0.1 |
8.30 |
0.77 |
0.25 |
0.16 |
3.1 - 4.5 |
| A13TF 200嗯倾斜平-铜 |
FTS500 |
12 |
1000年 |
2 |
3.0 |
0.1 |
16.70 |
0.77 |
0.25 |
0.16 |
3.2 - 5.4 |
| 500年嗯倾斜平-铜 |
FTS500 |
12 |
500年 |
2 |
6.0 |
0.24 |
8.3 |
0.5 |
0.3 |
0.26 |
3.2 - 6.4 |
| 500年嗯倾斜平-铜 |
FTS500 |
12 |
1000年 |
2 |
3.0 |
0.24 |
16.7 |
0.5 |
0.3 |
0.26 |
3.2 - -11.0 |
| 303年环面的表面SST (Aps注意0303)(CBN工具) |
FTS70 |
9 |
2000年 |
2.5 |
0.9 |
0.031 |
66.67 |
0.5 |
<。35, .42 |
0.40 |
N /一个 |
| 0301年环面的——铜(Aps注意) |
FTS70 |
9 |
2000年 |
2.5 |
0.9 |
0.032 |
66.67 |
0.5 |
<二十五分,.37点 |
0.40 |
3.5 - 8.5 |
| 70年嗯倾斜平-铜 |
FTS70 |
12 |
500年 |
4 |
3.0 |
0.035 |
8.30 |
2.16 |
0.35 |
0.24 |
2.8 - 3.7 |
| 2毫米小透镜阵列镍(Aps注意03.11 - 1 dt) |
FTS70 |
12 |
250年 |
4 |
6.0 |
0.031 |
75.00 |
0.5 |
1.5 |
1.02 |
3.7 - 10 |
| 35嗯倾斜平——铜(Aps注意0306) |
FTS70 |
20. |
1000年 |
1 |
10.0 |
0.017 |
16.67 |
0.5 |
0.206 |
0.70 |
1.3 |
| 35嗯倾斜平——OFHC铜(Aps注意a - 0316) |
FTS70 |
50 |
1000年 |
2.5 |
10.0 |
0.017 |
16.67 |
0.5 |
0.017 |
0.70 |
1.54 |
| 角落立方体透镜阵列——OFHC铜(Aps注意a - 0214) |
FTS35 |
50 |
150年 |
5.3 |
31.4 |
0.015 |
87.27 |
1.0 |
0.097 |
0.92 |
3.4 |
结论
Precitech拥有一个广泛范围的超精密加工行业伺服工具选项。很多因素需要考虑在选择理想的伺服特定客户应用程序的工具。
定期Precitech应用工程团队工作与现有的和新的客户,以帮助确定正确的解决具有挑战性的应用程序。XZC加工解决方案从Precitech也生产准备和鲁棒性。
关于Precitech
Precitech在1992年开始运营,但继续超精密机床的丰富的历史建筑可以追溯到1962年,当气动精密成立。在1997年10月,泰勒的气动超精密机床部门霍布森(以前排名泰勒霍布森/等级气动)与Precitech合并。Precitech名称是保留企业实体和所有的办公室和生产设施位于44 Blackbrook路在基恩,新罕布什尔州。
我们工厂员工约100人才在最近设计的60000平方米。英尺的建筑。
Precitech属于AMT(制造技术协会)和企业联系了专业的社会和学术机构,如德国弗劳恩霍夫研究所的研究社区超精密技术,精密工程方面美国社会,EUSPEN精密工程和纳米技术的欧洲社会。
这些信息已经采购,审核并改编自Precitech提供的材料。亚博网站下载
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