芯明天纳米级微运动之压电快速刀具定位台

压电快速刀具定位台的命名由它的驱动动力源及其功能相结合而来的。“压电”指的是它的驱动源，即利用PZT压电陶瓷来作为驱动源从而产生运动；而“快速刀具定位台”则是它的功能，它的移动端可以用来带载加工刀具（如金刚石等）进行车削加工。压电快速刀具定位台将PZT压电陶瓷与铰链机构相结合，同时，配备有机械固定安装接口与刀具安装接口。

什么是压电快速刀具定位台？

压电快速刀具定位台是为超精密车削加工而研发设计的，利用自身所具有的高响应频率、高刚度、高精度等特性，驱动刀具在运动方向快速微进给，能够实现复杂面形工件或结构的超精密加工。

精密加工

与传统加工刀具相比，芯明天压电快速刀具定位台有哪些优点？

由压电快速刀具定位台及配套机床设备可以组成快刀伺服加工系统。

快刀伺服加工是指在车削加工过程中，借助于安装在Z轴上的压电快刀微进给机构驱动刀具作高频响、小幅值的轴向快速进给运动，并与高精度的回轴和径向进给相配合，完成整个车削加工过程。与Z轴一般几十赫兹的进刀频率相比，快刀伺服微进给机构的进刀频率可以达到几千赫兹甚至更高，从而大大提高了加工效率。

压电快速刀具定位台加工效果图

与传统加工刀具加工方式相比，快刀伺服车削加工具有高频响、高效率的特点，一次加工就能够得到高面型精度的复杂微结构表面，适用于光学元件等微结构元件的高效优质加工。

带有冷却孔的压电快速刀具定位台

快刀伺服车削加工要求高频响、高精度的微进给，压电陶瓷驱动的快速刀具定位台有响应速度快、加速度高、频响范围宽、易于控制等诸多优点。

采用芯明天快速刀具定位台加工微结构，可实现真正的三维结构加工，成形精度可达到纳米级，无需后续抛光处理，加工效率高，且可加工相对较大尺度的元件，可重复加工具有复杂形状的各种异形元件，一次加工即可获得很高的零件尺寸精度、形状精度和很低的表面粗糙度，能够实现光学微结构的高效率、高精度、柔性化加工，它已在超精密加工上得到非常广泛的应用。

压电快速刀具定位台安装图

采用大出力压电陶瓷

快速刀具定位台采用的压电陶瓷分为标准型压电陶瓷和大出力型压电陶瓷，采用大出力型压电陶瓷的快速刀具定位台可产生几千牛顿的出力，是其他普通压电纳米定位台出力的几倍。

采用标准型压电陶瓷的快速刀具定位台，其驱动电压一般为150V，而采用大出力型压电陶瓷，其驱动电压通常为500V或1000V。

纳米级分辨率，可选配传感器

根据是否配置传感器，压电快速刀具定位台又分为开环（无定位反馈传感器）和闭环（集成定位反馈传感器）版本。开环下，它的分辨率是无限高的，只受控制设备的噪声的限制，但是由于压电陶瓷的迟滞和蠕变特性，使其重复性和稳定性较低。但闭环版本压电快速刀具定位台，可消除迟滞和蠕变。

快速刀具定位台所驱动的刀具位置可以通过内置传感进行反馈控制，可实现纳米级分辨率。

压电快速刀具定位台是快刀伺服加工系统中非常重要的部件，作为高速高精度位移输出机构，其性能的好坏对快刀伺服加工的微结构表面质量有直接影响。芯明天科技设计研发的P92、P93系列压电快速刀具定位器，具有承载力大、响应速度快、频率范围宽、精度高的优点，是快刀伺服的首选产品。

多种传感器可选

芯明天压电快速刀具定位台有多种闭环方式可选，如电容式、电感式、应变式闭环，也可采用外部闭环的控制方式。闭环方式的不同影响着快速刀具定位台的控制精度、工作频率及成本等因素。

传感器类型

在采用外部闭环时，可在刀具夹持端后部增加压电式力传感器，通过传感器加工过程中的轴向力，测得的力信号与预设力大小进行对比，并将结果传输至压电控制器，使得压电快速刀具定位台沿轴向发生位移，进而改变加工过程中的轴向力的大小，使轴向力与预设力大小一致。

芯明天标品压电快速刀具定位台

芯明天具有近20种专为快刀伺服微加工而设计的快速刀具定位台，它们有着位移、频率、闭环方式、出力、驱动电压、外观结构等性能的差别。

在位移参数上，由十几微米到百微米以上的行程范围，不同的位移下工作频率也不同。例如，芯明天P92.X20快速刀具定位台，在18μm行程下，工作频率可达95Hz；在9μm行程下，工作频率可达190Hz；而在1μm行程下，工作频率达600Hz。

P92.X20系列快速刀具定位台

行程：18μm

驱动电压：0~150V

承载能力：300g

闭环方式可选

P92.X25系列快速刀具定位台

行程：23μm

空载谐频频率：3000Hz

出力：1000N

闭环方式可选

P92.X40系列快速刀具定位台

行程：40μm

驱动电压：0~1000V

出力：3000N

定制散热孔

P92.X70系列快速刀具定位台

行程：75μm

定位精度：0.01%F.S.

定制防尘防液滴型

闭环方式可选

P93.X70系列快速刀具定位台

行程：81μm

承载能力：20kg

分辨率：达1nm

闭环方式可选

芯明天快速刀具定位台应用案例

芯明天快速刀具定位台的微进给运动，为各种超精密加工提供微纳米级的定位精度，用于各种光学元件的加工，可进行不同形状、图形的车削加工，协助各种超高精度加工的顺利完成，在光学等领域拥有着非常广泛的应用。

导光板模具加工

光学元件加工

P93快刀台与手调台结合超精密加工

压电快速刀具定位台安装操作说明

一）安全指南

压电快速刀具定位台采用先进的技术和安全标准设计而成，为了您的自身安全及产品的正确使用，使用时请注意以下几点。

温度改变和压力都会给压电快速刀具定位台充电，与控制器断开连接的一段时间压电快速刀具定位台也会保持带电状态，所以操作者在使用时要注意：

· 不要擅自拆卸压电快速刀具定位台；

· 在安装以前给压电快速刀具定位台进行放电，这个可以通过和控制器连接实现；

· 在操作过程中不要拔出控制器；

· 使用前首先检查本产品的连接线是否完好，产品及控制器是否进行了有效的接地保护，操作过程中应严格规范操作，上电后不要用手触碰产品（最高可达1000V以上电压），以防发生危险。

为了防止不当操作对产品造成损坏，使用时应注意以下几点：

· 压电快速刀具定位台尽量在无尘、无油、无润滑剂的环境中使用；

· 建议负载不要超过本产品的承载能力，装载时注意扭力不要过大，不要撬或扭转负载面，以免损伤结构；

· 当出现异常情况应该立即关闭相关部分；

· 长期使用建议使用推荐电压范围；

· 请勿对产品进行拆解，以免造成产品损坏；

· 避免拉伸和弯曲电缆接口，防止对电缆造成损坏；

· 使用我公司提供的专用电缆连接压电快速刀具定位台和控制器；

· 不能随便使用电缆延长线，如需要更长电缆请联系我司销售人员。

二）安装与注意事项

安装前首先要进行安全检查，如连接线有无破损、断线，驱动电源有无接地保护等。

压电快速刀具定位台安装步骤如下：

· 确保安装平面足够平整；

· 使用螺钉固定压电快速刀具定位台，拧紧；

· 安装负载刀具，适当拧紧以确保定位精度；

· 将产品连接线按连接器头处标识与控制器对应接口连接起来。

注意：

· 安装负载时缓慢拧紧负载，扭矩不要太大，以免损伤机构；

· 避免拉伸电缆和弯曲电缆；

· 使用我公司提供的专用电缆连接快速刀具定位台和控制器。

审核编辑 黄昊宇