1简介

许多早期的FTS系统用于校正与机床有关的各种误差,诸如主轴径向跳动或者寄生振动。具有很高分辨率和稳定性的快速进刀机构的新的改进已满足这些需要,并向新的应用领域提出挑战。能加工的各种超精表面现在可能包括*的、非旋转对称光学组件,诸如校正次反射镜、合成光学件、轴上车削离轴二次截面和广义曲面等.

本文描述一种装置用于扩展现有机床加工远离轴二次截面的能力。为了在旋转轴上加工离轴光学件,FTS大致按一正弦方式移动切削刀具,每转移进/出被加工光学平面两次.当光学件足够小适合于在机床上加工时,这种方法极大地减低了所要求的机床尺寸,但要求有一个大的摆动能力以加工它的母曲面。一个快速进刀伺服系统允许机床加工到接近于所能加工工件的中心,因此提高加工表面的精度、重复性和光洁度。此外,这种加工机制避免了平衡固定的困难,当循环加工操作移动行程靠近两端时,能降低对循环稳定性的要求。

在*的光学系统中,为了提高系统性能并避免在反射式同心系统中由遮蔽造成的衍射效应,正在大量增加倾斜和偏心光瞳在光学系统中的使用。结合自校正设计的这种系统,是很适合于用超精金刚石车床加工的。这种系统被广泛地用于工业、科研和军事系统中,包括拦截类光学系统、科学仪器、空载光学平台、分析仪器。 [1] 

2致动器描述

FTS系统致动器是美国北卡来罗纳州立大学精密工程中心设计的,它是利用早期一具有很小行程的致动器改进而成的,是由钦错酸铅盐材料制作的增强型压电转换器（PZT）堆构成的。其结构设计的显著特征是:使用一个高分辨率/宽带宽的闭合回路电容反馈探测器、一个用于延伸行程长度的PZT堆和一个用于消除迟滞产生的热的主动冷却系统。挠性板使径向有较高的强度,同时允许有轴向移动以满足系统的要求。把一个带有较短刀柄适配器的尖形金刚石刀固定在刀柄夹上,用于加工各种表面。 [1] 

3评价

MAC-100FTS系统的动态评估显示,它比早先装置的加工范围和精度有显著提高,证实该系统能用现有金刚石车床加工远离轴反射镜,对MAC-100的优化着重在以下两个独立方面:改进控制器增益和加补偿模块,去减少控制器的非线性。两者均显著地提高系统性能。

改进控制器增益能使在8kHz采样速率运转条件下而形误差减少51%。增加补偿器能使全部行程范围内面形误差减少43%和使70um行程范围内的面形误差减少80%。然而,控制器会导致“较光滑”的误差,而补偿器会导致突变性的误差,这在光学应用中是不允许的。

控制器参数研究表明:降低主轴转速能改善反射镜的P-V面形误差,这是因为它给控制器增加了时间,用于校正反馈传感器探测出来的扰动和误差。即使在很低的主轴速度情况下仍然会出现面形误差,其值为主轴速度1000rpm切削时误差的60%。然而,减低主轴速度在生产环境下可能是不希望的。

金刚石车削非球面反射镜的面形误差好于1umP-V。加上非线性补偿和其它控制系统的帮助,而形精度能被进一步提高。这样质量的反射镜能直接用于红外光学系统,采用少量事后抛光加工可以提高表面光洁度,这种质量的反射镜对可见光波长的许多应用将是很合适的。