Værktøjsstioptimering gør hurtig værktøjsservobearbejdning med nanometerpræcision mulig

Forskere fra Keio University udviklede en ny metode til generering af værktøjsstier til at drive en uafhængigt styret hurtig værktøjsservo (FTS) til friforms-overfladebearbejdning. Uden at det er nødvendigt at prøve og fejle, muliggør metoden hurtig fremstilling af friformsoptik med høj præcision.

Værktøjsbaneprogrammet blev genereret ved hjælp af ring- og mesh-metoderne i stedet for den konventionelle spiral-værktøjsbane. Værktøjsstien blev optimeret ved at analysere effekten af ​​interpolationsfejl ved hjælp af formfejlsforudsigelse.

Optimeringen af ​​kontrolpunkters layout består af to trin. Indledningsvis bestemmes antallet af kontrolpunkter. Derefter bestemmes det optimale billedformat for layoutparametrene. Eksperimentel validering ved bearbejdning af todimensionelle sinusformede bølger og mikro-linsearray demonstrerede effektiviteten af ​​værktøjsbaneoptimeringsmetoden foreslået i denne undersøgelse. Den foreslåede metode reducerede formfejlen fra submikron til 10 nm niveau for todimensionel sinusbølge.

Professor Jiwang Yan kommenterede, at "FTS-baseret diamantdrejning er en fantastisk metode til at fremstille friformede overflader med høj effektivitet, men konventionelle FTS-enheder drevet af piezoelektriske aktuatorer har meget små slag i mikrometerskala, hvilket begrænser deres anvendelser."

"I de senere år er der udviklet langslags-FTS-enheder udstyret med svingspoledrevne luftlejer, som muliggør arbejdsslag på millimeterniveau, og som igen udvider anvendelsesmulighederne for FTS diamantdrejning betydeligt. For at forbedre systemets kompatibilitet og stabilitet, er disse talespole-baserede FTS-enheder uafhængigt drevet af separate styresystemer. Metoden til generering af værktøjsstier for sådanne FTS er dog ikke blevet etableret endnu, hvilket betragtes som en flaskehals."

Yusuke Sato siger, at "denne undersøgelse sigter mod at foreslå nye metoder til at generere og optimere værktøjsstien for det uafhængige FTS-kontrolsystem for at reducere formfejl på en bearbejdet overflade forårsaget af todimensionel interpolation. For det første er kontrolpunktskyer prægenereret i to forskellige metoder, nemlig ringmetode og mesh-metode."

"Baseret på fordelingen af ​​kontrolpunkterne forudsiges og interpoleres den endelige bearbejdede overfladeprofil ved simulering. Derefter, ved at sammenligne den simulerede overflade med den designede overflade, opnås formfejlen. Ved gentagne gange at justere kontrolpunkternes parametre, formfejlen blev minimeret til den ønskede tolerance."

Denne undersøgelse etablerer en vigtig base for at videreudvikle ultrapræcisionsbearbejdningsteknologier af friformsoptik gennem diamantdrejning ved at bruge en FTS-enhed med en separat controller for at opnå høj nøjagtighed uden behov for forsøg og fejl, hvilket bidrager til avanceret fremstilling af produkter med høj værditilvækst.

Professor Yan siger, at "det udviklede system til generering/optimering af værktøjsstier gør de kommercielt tilgængelige FTS-enheder mere præcise og kraftfulde. Det er især nyttigt at forbedre produktiviteten af ​​friformsoptik, som er meget udbredt i forskellige produkter såsom VR/AR-systemer, kameraer , scannere, hovedmonterede skærme og komponenter, der bruges i rumfart og biomedicinsk teknik. Hurtig fremstilling af sådanne friformede overflader kan ændre konceptet for produktdesign i den nærmeste fremtid."

Forskningen blev offentliggjort i International Journal of Extreme Manufacturing . + Udforsk yderligere

Fritformede billedbehandlingssystemer:Fermats princip låser op for "første gang rigtigt" design