Forskare från Keio University utvecklade en ny metod för generering av verktygsbanor för att driva en oberoende styrd snabbverktygsservo (FTS) för friforms-ytbearbetning. Utan att behöva testa och missa, möjliggör metoden snabb tillverkning av friformsoptik med hög precision.

Verktygsbanan skapades med hjälp av ring- och mesh-metoderna istället för den konventionella spiralbanan. Verktygsbanan optimerades genom att analysera effekten av interpolationsfel med användning av formfelsprediktion.

Optimeringen av kontrollpunkters layout består av två steg. Inledningsvis bestäms antalet kontrollpunkter. Därefter bestäms det optimala bildförhållandet för layoutparametrarna. Experimentell validering genom bearbetning av tvådimensionella sinusformade vågor och mikrolinsarray visade effektiviteten hos verktygsvägoptimeringsmetoden som föreslagits i denna studie. Den föreslagna metoden reducerade formfelet från submikron till 10 nm nivå för tvådimensionell sinusvåg.

Professor Jiwang Yan kommenterade att "FTS-baserad diamantsvarvning är en fantastisk metod för att tillverka friformsytor med hög effektivitet, men konventionella FTS-enheter som drivs av piezoelektriska ställdon har mycket små slag i mikrometerskala, vilket begränsar deras tillämpningar."

"Under de senaste åren har långslagiga FTS-enheter, utrustade med talspoledrivna luftlager, utvecklats, som möjliggör arbetsslag på millimeternivå och i sin tur utökar tillämpningarna av FTS diamantsvarvning avsevärt. För att förbättra systemkompatibiliteten och stabilitet, dessa talspolebaserade FTS-enheter drivs oberoende av separata styrsystem. Metoden för generering av verktygsvägar för sådana FTS har dock inte fastställts ännu, vilket betraktas som en flaskhals."

Yusuke Sato säger att "denna studie syftar till att föreslå nya metoder för att generera och optimera verktygsbanan för det oberoende FTS-styrsystemet för att minska formfel på en bearbetad yta som orsakas av tvådimensionell interpolation. För det första är kontrollpunktsmoln förgenererade i två olika metoder, nämligen ringmetoden och meshmetoden."

"Baserat på fördelningen av kontrollpunkterna förutsägs och interpoleras den slutliga bearbetade ytprofilen genom simulering. Sedan, genom att jämföra den simulerade ytan med den designade ytan, erhålls formfelet. Genom att upprepade gånger justera parametrarna för kontrollpunkterna, formfelet minimerades till önskad tolerans."

Denna studie etablerar en viktig bas för att vidareutveckla ultraprecisionsbearbetningsteknologier för friformsoptik genom diamantsvarvning genom att använda en FTS-enhet med en separat styrenhet för att uppnå hög noggrannhet utan att behöva testa och missa, vilket bidrar till avancerad tillverkning av produkter med högt mervärde.

Professor Yan säger att "det utvecklade systemet för generering/optimering av verktygsvägar gör de kommersiellt tillgängliga FTS-enheterna mer exakta och kraftfulla. Det är särskilt användbart för att förbättra produktiviteten hos friformsoptik som används allmänt i olika produkter som VR/AR-system, kameror , skannrar, huvudmonterade displayer och komponenter som används inom flyg- och biomedicinsk teknik. Snabb tillverkning av sådana friformsytor kan förändra konceptet för produktdesign inom en snar framtid."

Forskningen publicerades i International Journal of Extreme Manufacturing . + Utforska vidare

Friformsbildsystem:Fermats princip låser upp designen "första gången rätt"