Foi desenvolvido um dispositivo de servo rápido para ferramentas com acionamento piezoelétrico (Fast Tool Servo, FTS) que apresenta alta resposta em frequência, alta precisão e grande força de acionamento. O dispositivo utiliza uma estrutura flexível inovadora com dobradiças flexíveis baseadas no ajuste de linhas cônicas generalizadas. Erros de acoplamento nas direções de movimento indesejadas durante a operação do suporte flexível da ferramenta foram eliminados por meio de um arranjo estrutural simétrico, e foi realizada a modelagem integral das características cinemáticas do mecanismo. Considerando os objetivos de projeto relativos ao curso e à frequência natural do dispositivo, foi realizada uma otimização com múltiplos objetivos das dimensões estruturais do mecanismo flexível com base em um algoritmo de otimização aprimorado da rede neural BP. Com os parâmetros estruturais otimizados, foi criado um modelo 3D do dispositivo FTS e realizada análise por elementos finitos usando o software ANSYS. Os resultados indicam que o mecanismo flexível otimizado atende aos requisitos de desempenho esperados, validando a viabilidade do algoritmo de otimização. Por fim, um protótipo experimental foi fabricado e testes de desempenho foram realizados, confirmando ainda mais os resultados do projeto otimizado. Os resultados dos testes mostraram que a frequência natural do dispositivo excede 7,6 kHz, o curso nominal é aproximadamente 6,4 μm, a resolução é cerca de 12 nm, a precisão de acompanhamento é aproximadamente 0,3 μm e o desempenho estático e dinâmico atende aos objetivos de projeto.

usinação ultraprecisa; dispositivo servo rápido para ferramenta; suporte flexível para ferramenta; projeto otimizado; análise por elementos finitos