超精密进给系统及其在磨床上应用的论文的研究

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1、超精密进给系统及其在磨床上的应用研究摘要磨床进给系统的爬行和频响问题是影响工件加工质量的关键问题之一。本文以上海科技攻关项目“面向精密磨床的压电驱动超精密定位工作台研制"为背景，结合精密和超精密磨削加工需求，设计了以压电陶瓷为驱动器、以柔性铰链为导向支承机构、以单片机为核心的超精密进给系统。该系统与磨床原有横向进给系统相结合，采用粗、精两级进给，可实现±O．03#m的进给精度。论文的主要工作和贡献包括：(1)确定了以柔性铰链组构成的导向支承机构；分析了压电陶瓷驱动器的工作特性，根据导向支承机构的杠杆原理，结合加工实际要求得出导向支承机构的主要性

2、能指标，基于有限元分析等技术，完成了柔性铰链导向支承机构的结构设计、静态刚度分析，设计了柔性铰链预紧机构，以避免压电驱动器承受拉应力。(2)自主开发和设计了一套用于控制压电陶瓷的单片机控制系统硬件电路，在建立超精密进给工作台动力学模型的基础上，针对压电陶瓷的特性与硬件电路，研制和开发了基于前馈模型的闭环控制系统。系统的软硬件设计采用模块化思想。通过采用位移传感器作为位移反馈装置，对超精密进给工作台实施闭环控制，并采用了基于压电陶瓷非线性模型的控制方法，在一定程度上消除由压电陶瓷自身物理特性引起的滞后误差和环境等因素引起的误差。(3)结合磨i与U

3、DI：i工工艺的特点和需求，设计和开发了满足不同要求的超精密加工工作模式，为系统的实际应用奠定了基础。(4)设计了超精密进给工作台性能测试实验，对超精密进给系统分别进行了各种测试与分析，如：静态、动态性能测试，并对实验结果进行了分析和验证。实验结果表明该系统满足刚度、精度、频响等系统设计目标，柔性导向支承机构刚度为5．2N／／tm，自振频率440Hz，整个超精密进给系统行程30pm，最小分辨率0．01／zm，定位精度±0．03／l￡m，静态刚度207N／／tm，最大响应时间75ms。该系统成本低、体积小、具有良好的人机界面，性能稳定、可靠。目前

4、，该系统的研制工作已经完成，并正在某机床厂进行试运行。关键词：超精密进给，压电驱动，闭环控制，柔性铰链ⅡSTUDYONULTRA．PRECISIONFEEDINGSYSTEMANDITSAPPUCATIONINGI江NDINGMACHINEABSTRACTCreeping，lowresolutionandresponsespeedarekeyfactorsofgrinding．Thisarticlebasedonproject‘piezo-actuatedultra‘precisionfeedingsystemappliedtogrinding

5、’，combinewiththerequirementsofgrinding，presentsanultra-precisionfeedingsystemwhichismadeupofpiezo．actuator,flexurehinge，closedloopcontrolsystemanddetectingsystem．TakeMCUasthecentralprocessorofclosedloopcontrolsystem-Connectingcoarsestage(1argestroke)andprecisionstage(highres

6、olution)inseriestoformadual-stagefeedingdrivesystem，feedingprecisionachieved±O．03am．Someresearcheshavebeendoneincluded：(1)Aflexure．hinge—basedguideunitisdesignedaccordingtotraditionalmechanicsandthecharacterofthepiezostack，analyticalandfiniteelementmodelsoftheflexuresarepres

7、entedtooptimizedesign．Putapre．10adonflexurehingetokeeppiezostackfrombeingdamagedbypull．stress．Thisguideunitcombinedwithpiezostackmakesuptheultra-precisionfeedingplatform．(2)Thedynamicmodeloftheplatformisestablished。BasedonthisIlImodelandcharacteristicsofpiezostack，aclosed·lo

8、opcontrolsystemisdesigned，includingA／Dmodule，D／Amodule，interfaceprocessingm