[发明专利]用于大尺寸微结构阵列接力加工的换刀拼接结构和方法

权利要求书

1.一种用于大尺寸微结构阵列接力加工的换刀拼接结构，其特征在于，包括：

两轴快速刀具伺服系统，其配置有纵向/横向PZT驱动模块，所述纵向/横向PZT驱动模块分别集成有力传感器和电容式位移传感器；

可更换刀具，其安装于所述两轴快速刀具伺服系统上；

X/Y/Z方向滑座，用于驱动所述两轴快速刀具伺服系统在X/Y/Z方向位移，进而带动刀具在X/Y/Z方向移动；

直线编码器，其分别配置于所述X/Y/Z方向滑座上，用于测量刀具在X/Y/Z方向上的位移；以及

控制系统，其分别连接所述力传感器、电容式位移传感器、X/Y/Z方向滑座和直线编码器；

其中，所述控制系统用于通过所述力传感器检测刀具与工件在纵向和横向的接触力大小，控制刀具在工件表面沿着加工微结构的形貌进行位移扫描，同时结合参考信号通过闭环控制使所述纵向和横向接触力的大小保持不变，基于所述直线编码器和电容式位移传感器测得的刀具位移，获取刀具扫描路径；

以及，基于获取的刀具扫描路径，将新刀具定位到旧刀具加工停止点。

2.如权利要求1所述的用于大尺寸微结构阵列接力加工的换刀拼接结构，其特征在于，所述纵向/横向PZT驱动模块包括纵向/横向压电陶瓷及用于驱动所述纵向/横向压电陶瓷的PZT驱动器。

3.如权利要求2所述的用于大尺寸微结构阵列接力加工的换刀拼接结构，其特征在于，所述控制系统包括分别耦接所述纵向和横向PZT驱动模块的闭环控制回路，以及通过AD/DIO模块耦接所述直线编码器和电容式位移传感器的计算机；所述闭环控制回路包括耦接所述力传感器的电荷放大器，以及用于接受电荷放大器输出信号和参考信号的PID控制器，所述PID控制器的信号输出端耦接所述PZT驱动器的信号输入端。

4.一种用于大尺寸微结构阵列接力加工的换刀拼接方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、检测刀具与工件在纵向和横向的接触力大小；

S2、控制刀具在工件表面沿着加工微结构的形貌进行位移扫描，同时结合参考信号通过闭环控制使所述纵向和横向接触力的大小保持不变；

S3、基于位移传感器测得的刀具位移，获取刀具扫描路径；

S4、基于获取的刀具扫描路径，将新刀具定位到旧刀具加工停止点。

5.如权利要求4所述的用于大尺寸微结构阵列接力加工的换刀拼接方法，其特征在于，S2中，所述的控制刀具在工件表面沿着加工微结构的形貌进行位移扫描包括Y方向和X方向的位移扫描。

6.如权利要求5所述的用于大尺寸微结构阵列接力加工的换刀拼接方法，其特征在于，S2具体包括：控制刀具在工件表面沿着加工微结构的形貌分别进行Y方向和X方向的位移扫描，同时在扫描过程中通过闭环伺服控制刀具在X方向和Z方向运动以维持刀具尖端与加工微结构表面之间在X方向和Z方向接触力的恒定。

7.如权利要求5所述的用于大尺寸微结构阵列接力加工的换刀拼接方法，其特征在于，S3中，刀具在Y方向和X方向的位移由驱动刀具的滑座上的直线编码器测得，刀具在Z方向的位移由纵向快刀伺服的电容式位移传感器测得；联合所述直线编码器和电容式位移传感器测得的位移数据获取刀具扫描路径。