飞刀伺服车削技术在精密加工的应用

复杂的光学曲面加工是个难题，飞刀伺服车削技术成功的在应用该领域；

随着技术的成熟，飞刀伺服车削加工的精度完全可以稳定的控制在100纳米以内；

飞刀伺服车削可以加工部分微结构，但工件的安装与调整比较困难，加工面形仍然受刀具尺寸的影响。

此外非几何形状、正弦相位板等具有自由曲面阵列的器件，由于排列为非相交线组成难以飞刀切削加工。

伺服车削是近年发展的超精密加工技术，能显著提高微结构阵列和自由曲面光学器件的加工效率。

快刀伺服车削

快刀伺服车削与慢刀伺服的差别在于：

将被加工的复杂形面分解为回转形面和形面上的微结构，然后将两者叠加。

由X轴和Z轴进给实现回转形面的轨迹运动，对车床主轴只进行位置检测并不进行轨迹控制。

借助安装在Z轴但独立于车床数控系统之外的冗余运动轴来驱动刀具，完成车削微结构形面所需的Z轴运动。

这种加工方法具有高频响、高刚度、高定位精度的特点。

快刀伺服是一套伺服控制的刀架及其控制系统，金刚石刀具在压电陶瓷驱动下可以进行Z轴的往复运动。

控制系统在实时采集主轴角度信号的基础上，实时发出控制量，控制刀具实时微进给；

从而实现刀具跟踪工件面形的起伏变化。

快刀伺服在加工前仅需对零件面形进行精确计算，生成能表征零件面形的数据文件。

此外快刀伺服系统的运动频响高、行程只有数毫米，更适于加工面形突变或不连续、有限行程内的微小结构。

慢刀伺服车削

慢刀伺服车削是对车床主轴与Z 轴均进行控制，

使车床主轴变成位置可控的C轴，机床的X、Z、C三轴在空间构成了柱坐标系；

同时高性能和高编程分辨率的数控系统将复杂面形零件的三维笛卡尔坐标转化为极坐标；

并对所有运动轴发送插补进给指令，精确协调主轴和刀具的相对运动，实现对复杂面形零件的车削加工。

慢刀伺服车削Z轴和X轴往往同时作正弦往复运动，需要多轴插补联动。

因此，在加工前需要对零件面形进行多轴协调分析，进而确定刀具路径和刀具补偿。

此外，慢刀伺服受机床滑座惯性和及电动机响应速度影响较大，机床动态响应速度较低；

适合加工面形连续而且较大的复杂光学器件。