超精密進(jìn)給系統(tǒng)及其在磨床上的應(yīng)用研究.pdf

1、磨床進(jìn)給系統(tǒng)的爬行和頻響問(wèn)題是影響工件加工質(zhì)量的關(guān)鍵問(wèn)題之一。本文以上?？萍脊リP(guān)項(xiàng)目“面向精密磨床的壓電驅(qū)動(dòng)超精密定位工作臺(tái)研制”為背景，結(jié)合精密和超精密磨削加工需求，設(shè)計(jì)了以壓電陶瓷為驅(qū)動(dòng)器、以柔性鉸鏈為導(dǎo)向支承機(jī)構(gòu)、以單片機(jī)為核心的超精密進(jìn)給系統(tǒng)。該系統(tǒng)與磨床原有橫向進(jìn)給系統(tǒng)相結(jié)合，采用粗、精兩級(jí)進(jìn)給，可實(shí)現(xiàn)±0.03μm的進(jìn)給精度。 論文的主要工作和貢獻(xiàn)包括： (1)確定了以柔性鉸鏈組構(gòu)成的導(dǎo)向支承機(jī)構(gòu)；分析了壓電

2、陶瓷驅(qū)動(dòng)器的工作特性，根據(jù)導(dǎo)向支承機(jī)構(gòu)的杠桿原理，結(jié)合加工實(shí)際要求得出導(dǎo)向支承機(jī)構(gòu)的主要性能指標(biāo)，基于有限元分析等技術(shù)，完成了柔性鉸鏈導(dǎo)向支承機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、靜態(tài)剛度分析，設(shè)計(jì)了柔性鉸鏈預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以避免壓電驅(qū)動(dòng)器承受拉應(yīng)力。 (2)自主開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)了一套用于控制壓電陶瓷的單片機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路，在建立超精密進(jìn)給工作臺(tái)動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，針對(duì)壓電陶瓷的特性與硬件電路，研制和開(kāi)發(fā)了基于前饋模型的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)采用模塊化

3、思想。通過(guò)采用位移傳感器作為位移反饋裝置，對(duì)超精密進(jìn)給工作臺(tái)實(shí)施閉環(huán)控制，并采用了基于壓電陶瓷非線性模型的控制方法，在一定程度上消除由壓電陶瓷自身物理特性引起的滯后誤差和環(huán)境等因素引起的誤差。 (3)結(jié)合磨削加工工藝的特點(diǎn)和需求，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了滿足不同要求的超精密加工工作模式，為系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 (4)設(shè)計(jì)了超精密進(jìn)給工作臺(tái)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)，對(duì)超精密進(jìn)給系統(tǒng)分別進(jìn)行了各種測(cè)試與分析，如：靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能測(cè)試，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)