慢刀伺服变主轴转速车削非圆截面元件研究

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1、慢刀伺服变主轴转速车削非圆截面元件研究刘金光1,2，余德平1*，黄玮海1，陈东生2，姚进1（1.四川大学制造科学与工程学院，四川成都610065；2.中国工程物理研究院机械制造工艺研究所四川绵阳621900）摘要：超精密非圆截面元件，如质谱仪中的双曲面四极杆，通常采用慢刀伺服（SlowToolServo，STS）车削的方法加工。然而，由于STS的带宽较低，使得STS跟踪目标刀具轨迹的能力在一定程度上受到限制，导致被加工零件轮廓产生较大的形状误差。为了降低该误差，本文提出一种基于STS的变主轴转速（VariableSpindleSpeed，VSS）车

2、削非圆截面元件的加工方法。阐述了如何根据非圆截面元件轮廓设计出相应主轴转速的变化轨迹。为验证所提方法的正确性，本文利用STS以主轴定转速和变转速方式分别车削了截面轮廓呈正弦变化的零件，并对刀具伺服输入信号进行了频谱分析。实验结果显示：变主轴转速车削正弦截面零件的形状误差小于定主轴转速车削。结果表明：本文所提出的VSS加工方法能够有效地提高车削非圆截面零件的形状精度。关键词：非圆车削，变主轴转速加工，慢刀伺服，正弦截面轮廓中图分类号：TH741文献标识码：AResearchonvariablespindlespeedinslowtoolservotu

3、rningofnoncircularsectioncomponentsLIUJinguang1,2，YUDeping1*，HUANGWeihai1，CHENDongsheng2，YAOJin1(1.SchoolofManufactureScienceandEngineering，SichuanUniversity，Chengdou610065，China；2.InstitudeofMechanicalTechnology，ChinaAcademyofEngineeringandPhysics，Mianyang621900，China)Abstrac

4、t：Ultra-precisionnoncircularsectioncomponents,suchashyperbolicquadrupoleinmassspectrometer,canbemachinedbydiamondturningassistedbyslowtoolservo(STS).However,thebandwidthofSTSisusuallysmall,whichlimitstheSTS'scapabilityinfollowingtherequiredtoolpath,leadingtoalargeformerror.Tor

5、educetheformerror,thispaperproposesanapproachtoapplyvariablespindlespeed(VSS)toSTS-basedturning.DesignoftheVSStrajectorybasedonthenoncircularprofileoftheopticalcomponentwaspresented.Tovalidatetheproposedapproach,experimentontheapplicationofVSSintheSTS-basedturningprocesswascon

6、ductedtomachineatypicalnoncircularcomponentwhichhasasinusoidal-wavealongperipheraldirection.TheinputsignalswhichactuatethetoolservowerealsoanalyzedbyusingFFTtoobtaintheirfrequencyspectrum.ExperimentsresultsshowthattheformerrorofthenoncircularcomponentinVSSwayislessthanthatmach

7、inedinCSSway.Therefore，theproposedapproachiseffectiveincreasingahigherformaccuracyofthemachinednoncircularopticalcomponents.Keywords：Noncircularturning，Variablespindlespeed，Slowtoolservo，Sinusoidalsectionprofile1引言现如今，制造业对金刚石刀具车削加工非圆光学元件的需求与日俱增[1]。车削非圆光学元件要求刀具根据截面目标轮廓伺服运动。在几十年

8、以前，车削非圆截面零件只收稿日期：基金项目:国家自然科学基金资助项目（51405313）；中国工程物理研究院超精密加工技术