光栅刻划刀具弹性支撑机构颤振抑制性能优化

机械刻划是以中阶梯光栅为主导的大闪耀角、高衍射级次要加工方法，其大闪耀角特性使使中阶梯光栅的刻划加工难度大幅增加。当光栅刻划刀对刃误差较大，或刀具非力平衡设计时，刻划过程中刀具会受到较大水平扭矩，易导致刀具颤振现象，从而影响光栅质量。为抑制刀具颤振，提高光栅刻划稳定性，本文针对光栅刻划刀弹性支撑机构的颤振抑制性能开展了研究，创新提出了双层平行弹簧支撑机构。通过有限元仿真对比分析了新旧刀架的结构刚度和模态特性，并利用加速度传感器测试了两种刀架机构的刻划具颤振状态，对比了两种刀架对颤振的抑制效果。结果表明，双层平行弹簧刀架机构受刻划扭矩时，在刀具夹持处及柔性铰链处的变形较传统刀架结构分别减少了36%和24%，一阶模态提升了2.8倍。颤振信号在时域下基线两侧幅值分别降低了13.6%及22.5%。经光栅刻划试验证了新机构有利于刻划制造中阶梯光栅，所提出的刀架优化设计方法和颤振抑制技术为光栅刻划造供了新的理论指导。