几个光学制造商正在研究伺服工具加工技术。
本文的目标是提供以下内容：
- 对不同Precitech伺服工具选项的操作特征的实际理解
- 数据以找出最适合应用程序的伺服工具最佳
- 确定伺服工具加工周期时间的技术
伺服工具加工的好处
可以从经济上产生非旋转对称表面Precitech纳米型200、350和700使用公司的伺服工具选项的系统。
伺服工具加工的好处是：
- 增加可在现有纳米型车床上制造的组件范围
- 最大程度地减少持有固定装置的工件的成本和交货时间
伺服工具加工 - 典型的系统配置
图1中显示了用于伺服工具加工的普通机器配置。工件安装在C轴上，该轴依次安装在X轴托架上。在Z轴上，安装了伺服工具。使用此计算机配置进行加工称为“ XZC加工”。
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图1。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，以涵盖广泛的应用要求。表1显示了慢速工具伺服（STS）以及两个快速工具伺服（FTS）选项：FTS500和FTS70。
表格1。一般特征Precitech STS，FTS500和FTS70伺服工具
|
sts |
FTS 500 |
FTS 70 |
| 驱动器和“轴承”技术 |
线性电动机 /静水油轴承 |
语音线圈 /空气轴承和反质量 |
压电堆栈 /挠性元件 |
| 特征旅行* |
10毫米（@ 2 Hz） |
500 um |
70 um |
| 特征带宽** |
70 Hz |
1000 Hz |
700 Hz |
| 特征表面饰面^ |
5 nm ra |
8 nm ra |
5 nm ra |
| 特征形式的准确性^ |
250 nm PV |
300 nm PV |
600 nm PV |
| 位置传感器 |
规模 |
类似物 |
类似物 |
| 编程软件 |
diffsys |
SOP |
SOP |
*有关更完整的描述，请参见图1
**与伺服控制设计和性能有关
^测试标本的典型性能（也是许多应用程序的典型现实世界结果）
这STS选项（较低的加速度，长偏移）通常用于产生高振幅非旋转非对称连续表面。瞬时变化或拐点不是连续表面上的特征。
FTS70和FTS500选项（高加速度，短游览）通常用于产生较高的频率（较高的空间密度），较低的振幅和表面结构，这些结构可能具有表面不连续性。
最合适的伺服工具选项
选择合适的伺服工具是以下功能：
- 表面饰面要求
- 周期时间（生产率）目标
- 形成准确性要求
- 过渡区域规格（即，不连续的表面上透明孔之间的区域）
每个选项在其物理设计，驱动技术和伺服控制算法方面都具有不同的操作功能。可以利用这些非常轻微的差异，以相对于特定应用提供出色的性能。
在形式精度的区域中，STS和FTS500（线性电动机和语音线圈驱动器）都出色。这两种驱动器都具有高度线性响应曲线，有助于实现高形式的准确性。
在表面饰面区域，FTSS70（压电堆栈）出色。FTS70的高特征，低质量带宽和非常高的定位分辨率是生成高质量表面饰面的合适组合。
选择最佳伺服工具选项的第一步是找出应用程序路径振幅和应用程序所需的驱动频率是否在伺服工具的操作范围内。
图2显示了工具运动的最大幅度与驱动频率曲线的最大幅度Precitech伺服工具。对于这些曲线，可以将生成表面的刀具激发频率和工具路径振幅绘制为操作点。
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图2。STS和FTS加工的操作限制
驱动振幅
对于工件的特定革命而言，完整的Z轴运动的一半（最坏的情况）代表振幅。该运动是所需表面的非旋转对称成分。
工具驱动频率
工具运动循环每秒的数量称为驱动频率。它与工件的旋转速度直接相关。连续表面具有激发频率和旋转速度（RPM）之间的简单算术关系。对于零件的每次革命，倾斜的平面表面都完成了刀具运动的一个周期。
对于不连续的表面，以下方程用于近似最大的刀具激发频率：
Fd（Hz）=（2πr最大限度）n（rpm）/60p
在哪里：
- p =光学元件中心线（或跨元件的和弦距离）的螺距（间距）。
- r最大限度=从旋转中心到最外围光学元件的最大转弯半径。
- n =主轴速度
如果表面斜率突然发生变化或表面高度有步骤，那么考虑伺服工具的恢复时间很重要。
不连续的过渡区域
每个光学元件的清晰光圈区域清楚地通过表面表面上的不连续性或在整个表面上组合在一起的重复形状的组件明确指定。
从组件规格和功能伺服工具，已知以下项目：
- 透明光圈区域中的允许形式误差，
- 伺服工具的特征带宽
- 清晰的孔径和过渡区域的物理尺寸，
使用此数据和图4，可以确定零件相对于工具位的最大表面速度。由此可以确定零件主轴速度和零件切割周期时间。
经典控制循环
对工具路径命令的经典控制环响应，该命令改变了运动方向，如图3所示。
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图3。以150mm/s的范围遍历+0.2至-0.2斜率变化
实际运动和理想运动之间的差异会导致零件表面的误差。工具路径可以校正急剧斜率或表面高度变化的速度与伺服工具控制回路的特征带宽有关。
如图3所示，正弦误差运动的周期是伺服刀具控制回路的固有频率的倒数。表1显示了伺服工具的特征带宽，这是驱动频率，在该驱动器频率（输出）工具运动振幅为3DB（30％）的范围比命令（输入）幅度向下。伺服工具控制回路的固有频率比特征带宽少30％。
“残留误差”是透明光圈区域中允许的形式误差。通常，切割速度受到调节，以使退出过渡区域（恢复区末端）的残余误差小于允许的形式误差（仅在下方）。
整体见解
图4在无量纲的表现中将以下内容联系在一起：
- 误差运动振幅和工具路径斜率（S），错误= f（s）
- 恢复区宽度（RZ）和伺服工具带宽（BW），RZ = F（1/bw）
- 工具表面速度（VS）和恢复区宽度RZ，vs = rz x bw / rz酒吧
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图4。在表面速度与等于+/-斜率的角落时，无量纲的表面误差在表面速度与
下面的示例显示了如何应用此数据以确定应用程序的正确伺服工具，并确定剪切的周期时间。
应用程序：Lenslet阵列
Lenslet阵列规格是：
- 组件尺寸：直径50mm
- 镜头直径（螺距）（P）5mm
- 镜头形式球形r = 12.5mm（pv sag = 0.25mm）
- 透明光圈内的允许形式误差（也等于残差误差（RE））RE = 0.00031 mm = 0.31µm
- 清除孔径直径4.61mm（透明孔径面积为整体镜头面积的85％）
- 恢复区宽度（过渡区域跨度 / 2 ^^）：RZ = 0.195mm
- 过渡区域内的工具路径斜率（上升/运行）s = 0.2
^^注意：在此示例中，该零件的设计是对镜头特征之间边界的对称放置的过渡区域。与这些边界有关的工具路径误差不是对称的。以下误差占主导。如果光学设计允许非对称过渡区域，则可以利用这可以进一步降低零件制造成本。
伺服工具振幅
基于所需的工具幅度（125µm = 0.25mm/2），并参考图2，可以使用FTS 500或STS伺服工具切割此组件，但不使用FTS 70伺服工具。
最大主轴速度
接下来，使用图4确定最大主轴速度。
回覆酒吧= re（µm） / rz（µm） / s = 0.31 / 195 / 0.2 = 0.00795
使用RE酒吧值和图4中的曲线，RZ酒吧发现价值为〜1.3
假设FTS 500伺服工具选项（BW = 1000Hz）最大表面速度VS是：
vs = bw（Hz） * rz（mm） / rz酒吧= 1000 * 0.195mm/1.3 = 150mm/sec = 9,000mm/min
主轴速度，rpm = vs /（周长最大限度）= 9000 /（π * 50）= 57rpm
伺服工具驱动频率
接下来确定工具驱动频率：
Fd=（2 *π * n（rpm） /（60 * p））=（2 *π * 57 /（60 * 5）= 30Hz
再次参考图2，此驱动频率和振幅组合超过了STS伺服工具的功能。
剪切周期时间
假设恒定的主轴速度和3µm的进料 / REV，则剪切的周期时间为：
周期时间（最小）=零件直径。/（2 * feed/rev * rpm）= 50/（2 * 0.003 * 57）= 146min。
其他申请示例
在表2中，有一系列应用程序的相关操作参数列表。所有这些都是基于在Precitech上进行的实际切割实验。表2中的结果与客户观察到的实际生产结果一致。
表2。使用各种伺服工具选项切割结果
| 申请说明 |
伺服工具 |
部分直径。（毫米） |
主轴（RPM） |
饲料/修订（μm） |
周期时间（最小） |
Z振幅（mm） |
驱动频率。（赫兹） |
刀具半径（mm） |
测量的形式误差PV（μm） |
理想的表面饰面RA（NM） |
测量的表面饰面RA（NM） |
| 2毫米倾斜平坦 - 铜 |
sts |
50 |
50 |
10 |
50.0 |
1 |
0.83 |
1.5 |
0.35 |
2.1 |
2.7- 4.7 |
| 2毫米倾斜平坦 - 铜 |
sts |
50 |
150 |
5 |
33.3 |
1 |
2.50 |
1.5 |
<0.25 |
0.53 |
2.9-4.5 |
| 2毫米倾斜平坦 - 铜 |
sts |
50 |
150 |
8 |
21 |
1 |
2.50 |
2.5 |
0.2 |
0.82 |
3.0-4.0 |
| 2毫米倾斜平坦 - 铜 |
sts |
50 |
225 |
10 |
11.1 |
1 |
3.75 |
1.5 |
<0.25 |
2.1 |
5.0-8.1 |
| A12TF 200UM倾斜平坦-cu |
FTS500 |
12 |
500 |
2 |
6.0 |
0.1 |
8.30 |
0.77 |
0.25 |
0.16 |
3.1-4.5 |
| A13TF 200UM倾斜平坦-cu |
FTS500 |
12 |
1000 |
2 |
3.0 |
0.1 |
16.70 |
0.77 |
0.25 |
0.16 |
3.2-5.4 |
| 500UM倾斜平坦 - 铜 |
FTS500 |
12 |
500 |
2 |
6.0 |
0.24 |
8.3 |
0.5 |
0.3 |
0.26 |
3.2-6.4 |
| 500UM倾斜平坦 - 铜 |
FTS500 |
12 |
1000 |
2 |
3.0 |
0.24 |
16.7 |
0.5 |
0.3 |
0.26 |
3.2 -11.0 |
| 303 SST中的曲折表面（APS注0303）（CBN工具） |
FTS70 |
9 |
2000 |
2.5 |
0.9 |
0.031 |
66.67 |
0.5 |
<.35，.42 |
0.40 |
N/A。 |
| 感谢您-CU（APS注意0301） |
FTS70 |
9 |
2000 |
2.5 |
0.9 |
0.032 |
66.67 |
0.5 |
<.25，.37 |
0.40 |
3.5-8.5 |
| 70UM倾斜平坦-Cu |
FTS70 |
12 |
500 |
4 |
3.0 |
0.035 |
8.30 |
2.16 |
0.35 |
0.24 |
2.8-3.7 |
| 2mm镜头阵列-Nickel（APS注意03.11-1DT） |
FTS70 |
12 |
250 |
4 |
6.0 |
0.031 |
75.00 |
0.5 |
1.5 |
1.02 |
3.7-10 |
| 35UM倾斜平坦 - 铜（APS注意0306） |
FTS70 |
20 |
1000 |
1 |
10.0 |
0.017 |
16.67 |
0.5 |
0.206 |
0.70 |
1.3 |
| 35UM倾斜扁平-OFHC CU（APS注意A-0316） |
FTS70 |
50 |
1000 |
2.5 |
10.0 |
0.017 |
16.67 |
0.5 |
0.017 |
0.70 |
1.54 |
| 角立方体镜头阵列 - OFHC Cu（APS注意A-0214） |
FTS35 |
50 |
150 |
5.3 |
31.4 |
0.015 |
87.27 |
1.0 |
0.097 |
0.92 |
3.4 |
结论
Precitech拥有超专业加工行业的各种伺服工具选项。在选择特定客户应用程序的理想伺服工具时需要考虑许多因素。
Precitech应用程序工程团队定期与现有和新客户合作，以帮助确定正确的应用程序解决方案。PrecItech的XZC加工解决方案也准备好生产和强大。
关于Precitech
Precitech从1992年开始运营，但延续了可追溯到1962年的超精确机床建筑的悠久历史，该建筑建立了Pnneumo Precision。1997年10月，泰勒·霍布森（Taylor Hobson）（以前是泰勒·霍布森（Taylor Hobson） /排名pneumo）的Pneumo Ultra Ultra Machin Actiral Actool Evision与Precitech合并。该公司实体保留了Precitech名称，所有办公室和制造设施现在位于新罕布什尔州基恩的布莱克布鲁克路44号。
我们的工厂工作人员在最近设计的60,000平方米中大约有100名才华横溢的人。英尺建造。
Precitechis a member of AMT (The Association of Manufacturing Technology) and has corporate affiliations with several professional societies and academic institutions such as Germany’s Research Community for Ultra Precision Technology at the Fraunhofer Institute, ASPE the American Society for Precision Engineering, and EUSPEN the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology.
此信息已从Precitech提供的材料中采购，审查和调整。欧洲杯足球竞彩
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