辊筒模具超精密加工机床几何误差建模及其补偿策略研究.pdf

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1、学术论文辊筒模具超精密加工机床几何误差建模及其补偿策略研究周中奇,王波,何文强,乔政,刘艺（哈尔滨工业大学精密工程研究所，哈尔滨150001）[摘要]本文以超精密模辊机床为研究载体，将具有代表性的环槽微结构阵列作为研究对象。通过多体系统理论以及齐次坐标变换的方法建立机床的几何误差模型从而得到几何误差对环槽微结构阵列的影响，并用激光干涉仪对几何误差分量进行了测量。在进行数据处理后提出了一种补偿方法使环槽微结构的加工质量得到了改善。[关键词]辊筒模具；超精密加工；几何误差模型；误差补偿[中图分类号]TH166；TG659[文献标识码]A[文章编码]1003-5451（20

2、17）05-0012-07GeometricErrorModelingofUltra-precisionDrumRollLatheandResearchonCompensationAlgorithmZHOUZhong-qi,WANGBo,HEWen-qiang,etal.（SchoolofMechanicalEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001）[Abstract]Theultra-precisiondrumrolllatheisusedasthevectorofresearch.Theringgro

3、ovearraywhichisarepresentativemicrostructureisusedastheresearchobject.Thegeometricerrormodeloflathewasestablishedbymulti-bodysystemandhomogeneouscoordinatetransformationmethodtogettheinfluenceofgeometricerroronringgroovearray.Theerrorcomponentismeasuredbylaserinterferometer.Anerrorcompe

4、nsationmethodisproposedtoimprovethequalityofringgroovearray.[Keywords]hemisphericalresonator;A3200controller;numericalcontrolsystem前言辊筒模具的制造。在实际的辊筒环槽微结构表面加工过程中，由于几何误差的干扰使刀具与工件表面存在各式各样的微结构功能表面作为精密及超精密加相对位置变化，这就会导致环槽微结构阵列存在诸如工的代表结构，在光学领域、航空航天领域、微机械电节距误差、切削深度不一致等现象，尤其是节距误差将[1]子等领域显示出越来越大的作

5、用，如图1所示是不同对膜片的光学性能产生极大影响。类型的微结构表面。为了满足上述领域对大尺寸面积微结构功能表面的低成本、高效率、高精度地制造需求，Roll-to-Roll[2]（RTR）复制加工技术被看作是一种理想方法。在RTR生产工艺中，最为核心的技术就是大尺寸微结构图1不同类型的微结构表面作者简介：周中奇（1993-），男，硕士，从事卫星结构设计相关研发工作。·12·《航空精密制造技术》2017年第53卷第5期哈尔滨工业大学精密工程研究所在国家科技重大生影响。专项课题支持下，研发成功了大尺寸辊筒模具超精密加工机床，其具体指标见表1。表1机床指标最大加工长度/mm1

6、800最大工件直径/mm500最大工件质量/kg1000控制系统分辨率/nm1图3几何误差分量示意图直线轴最大运动速度/mm·min-12500建立误差模型的第一步就是坐标系的确定，首先C轴回转速度/r·min-1500就需要建立参考坐标系。参考坐标系一般建立在固定C轴回转精度/nm小于100部件上，本次将参考坐标系建立在机床的基座上，机床目前国内关于辊筒机床的研究较少，对其误差补零点作为坐标原点。将Z轴拖板运动轨迹拟合得到一偿的研究更是寥寥无几。而辊筒机床由于其结构的特条直线，该直线所在的方向为基座标系的Z轴方向。殊性在建模上与其他机床又有一定的区别。因此本次然后将

7、X轴的运动轨迹也拟合为一条直线，在两条直课题将以实验室自主研发的模辊机床为对象着重分析线确定的平面内做一条垂直于Z轴的直线作为基坐标机床的几何误差对环槽微结构阵列加工过程中的影系的X方向。最后，做一条直线垂直于X轴和Z轴组响，对测量的各项数据进行处理从而研究出一种有效成平面的直线作为基坐标系的Y方向。参考坐标系建的补偿措施使环槽微结构阵列的加工效果得到改善。立后在各运动部件上分别建立局部坐标系。为了方便机床实物图如图2所示。计算将各坐标系原点设为同一点，即机床零点O。利用前文所述的多体系统理论结合模辊机床的结构特点确定了两条分支，分别是刀具分支和工件