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A Fast Tool Servo System for Fabrication of Micro-structured Surfaces on A Diamond Turning Machine
1
作者 王晓慧 《Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science)》 SCIE EI CAS 2009年第S1期111-114,共4页
A fast tool servo (FTS) system is developed for the fabrication of non-rotationally symmetric micro-structured surfaces using single-point diamond turning machines.The constructed FTS employs a piezoelectric tube actu... A fast tool servo (FTS) system is developed for the fabrication of non-rotationally symmetric micro-structured surfaces using single-point diamond turning machines.The constructed FTS employs a piezoelectric tube actuator (PZT) to actuate the diamond tool and a capacitive probe as the feedback sensor.To compensate the inherent nonlinear hysteresis behavior of the piezoelectric actuator,Proportional Integral (PI) feedback control is implemented.Besides,a feed-forward control based on a simple feed-forward predictor has been added to achieve better tracking performance.Experimental results indicate that error motions in the performance of the system caused by hysteresis can be reduced greatly and the micro-structured surface is successfully fabricated by implementing the FTS. 展开更多
关键词 single-point diamond turning fast tool servo piezoelectric actuator feed-forward control
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Tool path generation and optimization for freeform surface diamond turning based on an independently controlled fast tool servo
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作者 Yusuke Sato Jiwang Yan 《International Journal of Extreme Manufacturing》 SCIE EI 2022年第2期145-160,共16页
Diamond turning based on a fast tool servo(FTS)is widely used in freeform optics fabrication due to its high accuracy and machining efficiency.As a new trend,recently developed high-frequency and long-stroke FTS units... Diamond turning based on a fast tool servo(FTS)is widely used in freeform optics fabrication due to its high accuracy and machining efficiency.As a new trend,recently developed high-frequency and long-stroke FTS units are independently driven by a separate control system from the machine tool controller.However,the tool path generation strategy for the independently controlled FTS is far from complete.This study aims to establish methods for optimizing tool path for the independent control FTS to reduce form errors in a single step of machining.Different from the conventional integrated FTS control system,where control points are distributed in a spiral pattern,in this study,the tool path for the independent FTS controller is generated by the ring method and the mesh method,respectively.The machined surface profile is predicted by simulation and the parameters for the control point generation are optimized by minimizing the deviation between the predicted and the designed surfaces.To demonstrate the feasibility of the proposed tool path generation strategies,cutting tests of a two-dimensional sinewave and a micro-lens array were conducted and the results were compared.As a result,after tool path optimization,the peak-to-valley form error of the machined surface was reduced from 429 nm to 56 nm for the two-dimensional sinewave by using the ring method,and from 191 nm to 103 nm for the micro-lens array by using the mesh method,respectively. 展开更多
关键词 ultraprecision machining diamond turning fast tool servo freeform surface tool path optimization
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Microstructure of fast tool servo machining on copper alloy 被引量:1
3
作者 Hong LU Soo-chang CHOI +1 位作者 Sang-min LEE Deug-woo LEE 《中国有色金属学会会刊:英文版》 CSCD 2012年第S3期820-824,共5页
The development of the fast tool servo (FTS) for precision machining was investigated.The micron machining performance of a piezoelectric-assisted FTS on copper alloy was evaluated.The results indicate that the qualit... The development of the fast tool servo (FTS) for precision machining was investigated.The micron machining performance of a piezoelectric-assisted FTS on copper alloy was evaluated.The results indicate that the quality of the microstructure depends mainly on two important factors:the cutting speed (or spindle speed) and the driving frequency of the FTS.The excessive driving frequency increases the formation of burrs.The effect of the clearance angle of the diamond tool on the microstructure machining precision was also investigated. 展开更多
关键词 fast tool servo MICROSTRUCTURE PIEZOELECTRIC DIAMOND MACHINING copper alloy
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Diamond machining of sinusoidal grid surface using fast tool servo system for fabrication of hydrophobic surface
4
作者 Hong LU Deug-Woo LEE +1 位作者 Sang-Min LEE Jeong-Woo PARK 《中国有色金属学会会刊:英文版》 CSCD 2012年第S3期787-792,共6页
Ultra-precision diamond machining with piezoelectric-assisted fast tool servo (FTS) was used to produce various free-form surfaces.A low cost,rapid and large area fabrication of uniform hydrophobic surface at room tem... Ultra-precision diamond machining with piezoelectric-assisted fast tool servo (FTS) was used to produce various free-form surfaces.A low cost,rapid and large area fabrication of uniform hydrophobic surface at room temperature which transfers the FTS fabricated sinusoidal grid surface to the flat film with UV-moulding process was described.A piezoelectric-assisted FTS with high band width of 2 kHz,travel range up to 16 μm and the compact mechanism structure was designed for the sinusoidal grid surface machining and the dynamic performance testing of FTS was described in detail.Machining results indicate that the dimensions of sinusoidal grid change with the variation of the FTS machining condition.Wetting properties of UV-moulded surface were evaluated,the best contact angle was measured to be 120.5° on the sinusoidal grid surface with profile wavelength of 350 μm and peak-to-valley amplitude of about 16 μm. 展开更多
关键词 fast tool servo SYSTEM DIAMOND TURNING sinusoidal GRID SURFACE UV-moulding contact angle
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非圆截面及非对称型面高速精密车削关键技术研究
5
作者 曹辉 梁宁 《成都工业学院学报》 2024年第3期6-9,共4页
针对非圆截面及非对称型面的高速精密车削加工难题,提出一种基于快速刀具进给伺服系统的该类型面数控车削加工方法。通过分析非圆截面及非对称表面数控车削原理、快速刀具进给伺服机构及其控制方法,并通过车削实验验证了方法的有效性。... 针对非圆截面及非对称型面的高速精密车削加工难题,提出一种基于快速刀具进给伺服系统的该类型面数控车削加工方法。通过分析非圆截面及非对称表面数控车削原理、快速刀具进给伺服机构及其控制方法,并通过车削实验验证了方法的有效性。首先,分析了非圆截面与非对称表面车削的原理、复杂几何形状工件的轮廓数据处理机制和方法,为高速精密车削提供准确的工件描述。其次,快速刀具进给伺服机构是实现高速精密车削的关键,分析了各种快速进给系统优缺点,提出了采用直线电机的快速刀具进给伺服机构,采用自抗扰控制算法控制快速刀具伺服系统。最后,通过试制的实验样机车削实验验证了基于自抗扰控制的快速刀具进给伺服机构及其数控车削系统的技术和方法的可行性。实验结果表明,该技术能够成功地实现非圆截面及非对称型面工件加工,并能够实现较高的尺寸精度和表面质量,满足复杂型面工件的加工需求。 展开更多
关键词 非圆截面 非对称型面 快速刀具伺服系统 自抗扰控制
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三轴电磁-压电混合驱动快速刀具伺服的轨迹跟踪控制 被引量:1
6
作者 朱志远 朱紫辉 +2 位作者 周晓勤 朱利民 朱志伟 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第15期2236-2247,共12页
三轴快速刀具伺服(Fast Tool Servo,FTS)具有更高的刀具空间运动柔性,逐渐用于复杂光学曲面和微纳结构表面的切削加工。针对所研制电磁-压电混合驱动三轴FTS存在的轴间耦合、高频谐振和迟滞非线性等因素对轨迹跟踪性能的影响,研究综合... 三轴快速刀具伺服(Fast Tool Servo,FTS)具有更高的刀具空间运动柔性,逐渐用于复杂光学曲面和微纳结构表面的切削加工。针对所研制电磁-压电混合驱动三轴FTS存在的轴间耦合、高频谐振和迟滞非线性等因素对轨迹跟踪性能的影响,研究综合补偿策略实现三轴空间轨迹的高性能跟踪控制。以陷波滤波器抑制系统高频谐振,以前馈解耦补偿弱化平面轴间耦合;针对法应力电磁驱动和压电驱动的迟滞非线性,提出以线性动力学模型级联Prandtl-Ishlinskii模型描述各轴的动态迟滞特性,并构建无需直接求逆的迟滞前馈补偿模型,实现系统的迟滞非线性补偿。谐波扫频测试结果表明:所采用的陷波滤波器可以很好地消除高频谐振,前馈解耦补偿可将平面XY轴间的耦合幅值降低约14 dB。宽频域内迟滞建模结果表明:平面XY轴和Z轴的动态迟滞建模误差分别小于±2.2%和±1.8%。以PID为主控制器,对宽频谐波(10~100 Hz)的跟踪结果表明:采用综合补偿策略获得各轴的最大跟踪误差约为仅采用逆动力学前馈补偿的25%~50%,进一步对空间螺旋球面轨迹进行了跟踪测试,证明了所构建的综合补偿控制策略的有效性。 展开更多
关键词 快速刀具伺服 轨迹跟踪控制 陷波滤波器 前馈解耦补偿 动态迟滞模型
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基于自抗扰的快速刀具伺服系统复合控制 被引量:1
7
作者 刘文韬 熊伟丽 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第12期39-47,共9页
快速刀具伺服(fast tool servo,FTS)系统是实现微机械零件加工的关键部件。以压电陶瓷型FTS系统为研究对象,将迟滞状态时滞模型、时变时滞模型以及未建模动态非线性模型引入到FTS系统模型设计中以描述颤振现象,并基于神经网络控制提出... 快速刀具伺服(fast tool servo,FTS)系统是实现微机械零件加工的关键部件。以压电陶瓷型FTS系统为研究对象,将迟滞状态时滞模型、时变时滞模型以及未建模动态非线性模型引入到FTS系统模型设计中以描述颤振现象,并基于神经网络控制提出具有迟滞时滞补偿功能的复合自抗扰控制方案,以实现FTS系统的颤振控制。其中,线性自抗扰控制将内部不确定性及迟滞时滞非线性和其他干扰视为总扰动并实时估计补偿,自适应BP(back propagation)神经网络用来对扰动估计误差进行逼近。与传统模型求逆方法相比,复合控制方案无需精确的数学模型易于初始设计。与线性自抗扰相比,复合控制方案减少了需要整定的参数数目,在相同带宽下具有更高的跟踪精度。仿真结果表明,所设计的复合控制具有更好的鲁棒性,能够实现压电陶瓷型FTS系统的快速精密跟踪控制。 展开更多
关键词 自抗扰控制 快速刀具伺服(FTS)系统 迟滞非线性 时滞 神经网络 复合控制
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电磁驱快速刀具伺服闭环系统DOB补偿增益PID阻尼控制器设计
8
作者 卢银菊 刘萌萌 +2 位作者 谢忠兵 李峰 张国强 《制造技术与机床》 北大核心 2023年第5期119-123,共5页
为了弥补快速刀具伺服(fast tool servo,FTS)系统驱动不足的问题,开发了一种电磁驱动直接数字式频率合成器(direct digital synthesizer,DDS)系统来实现高带宽轨迹的跟踪控制方法。利用静态增益实现参数前馈补偿,通过线性控制建立扰动... 为了弥补快速刀具伺服(fast tool servo,FTS)系统驱动不足的问题,开发了一种电磁驱动直接数字式频率合成器(direct digital synthesizer,DDS)系统来实现高带宽轨迹的跟踪控制方法。利用静态增益实现参数前馈补偿,通过线性控制建立扰动观测器(disturbance observer,DOB)补偿前馈增益处理。开展实验测试分析,从控制器中采集控制指令,实现对FTS励磁线圈的驱动作用,完成输出位移控制。研究结果表明:采用PAVPF控制器时对谐振峰起到了明显抑制,发挥理想减振作用。通过阻尼控制保持稳定裕度恒定,再通过更高增益PID控制器对系统实施控制,实现系统闭环带宽的显著增加。PAVPF阻尼达到了±2μm误差;提高DOB增益后系统最大跟踪误差降低值接近±0.16μm。该研究具有很好的控制精度,为高精度刀具控制起到理论支撑作用。 展开更多
关键词 快速刀具伺服 电磁力 阻尼控制 PID控制 扰动观测器
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基于Polaris控制的光学自由曲面快刀伺服技术研究
9
作者 刘金文 孟松涛 杨成帅 《机械》 2023年第5期14-19,34,共7页
快刀伺服技术具有加工效率高、加工精度高、表面质量好等优点,被广泛运用于光学自由曲面加工。本文设计了音圈电机驱动的快刀伺服装置,建立了快刀伺服系统数学模型,构建加速度、速度复合前馈控制算法,进行了位置保持、阶跃、正弦跟踪的... 快刀伺服技术具有加工效率高、加工精度高、表面质量好等优点,被广泛运用于光学自由曲面加工。本文设计了音圈电机驱动的快刀伺服装置,建立了快刀伺服系统数学模型,构建加速度、速度复合前馈控制算法,进行了位置保持、阶跃、正弦跟踪的闭环性能测试,表明快刀伺服系统满足加工要求。基于快刀伺服系统控制器功能协调了刀具轨迹生成中快刀伺服装置运动和机床运动的同步关系,以离线计算加工方式实现快刀伺服技术。完成了典型非回转对称中的斜面加工实验,测得的粗糙度达到44nm,表明设计研制的快刀伺服系统可以获得纳米量级的表面质量。 展开更多
关键词 快刀伺服 音圈电机 轨迹生成 光学自由曲面
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压电陶瓷驱动的超精密快刀伺服系统的设计与研制 被引量:19
10
作者 戴一帆 杨海宽 +2 位作者 王贵林 杨帆 吴宇列 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第22期2717-2721,共5页
以压电陶瓷和柔性铰链作为驱动平台,系统地研究了面向快速车削加工的刀具伺服装置的设计、运动建模与研制方法。测试结果表明,研制的快刀伺服装置定位误差为7.7nm,重复定位误差为4.4nm,线性度优于0.145%,运动距离为39.0μm时响应频率达... 以压电陶瓷和柔性铰链作为驱动平台,系统地研究了面向快速车削加工的刀具伺服装置的设计、运动建模与研制方法。测试结果表明,研制的快刀伺服装置定位误差为7.7nm,重复定位误差为4.4nm,线性度优于0.145%,运动距离为39.0μm时响应频率达到了218Hz,能够满足复杂面形零件或结构的超精密快速车削加工要求,为以后该快刀系统在实际加工中更广范围的应用研究打下了基础。 展开更多
关键词 快刀伺服 复杂面形 压电陶瓷 柔性铰链
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微结构光学元件快速伺服刀架加工技术研究 被引量:16
11
作者 李荣彬 张志辉 +2 位作者 杜雪 高栋 王素娟 《纳米技术与精密工程》 CAS CSCD 2005年第3期216-221,共6页
微结构光学元件是一种微小的拓扑元件,通常分为微沟槽列阵、锥形列阵以及微透镜列阵等,这些微结构光学元件能在一些手持装置(例如手机)的平板显示器上得到先进的光学应用.由于产品微型化的需求越来越紧迫,传统的刻蚀方法不再适用于加工... 微结构光学元件是一种微小的拓扑元件,通常分为微沟槽列阵、锥形列阵以及微透镜列阵等,这些微结构光学元件能在一些手持装置(例如手机)的平板显示器上得到先进的光学应用.由于产品微型化的需求越来越紧迫,传统的刻蚀方法不再适用于加工高质量的光学微结构产品,为此,提出了一种新型的加工高质量光学微结构元件的技术,该技术以快速伺服刀架加工系统为基础,并结合新开发的刀具轨迹生成器,该刀具路径生成器主要是针对快速伺服刀架加工系统而开发的,它可以根据光学微结构元件的设计直接生成加工所需的刀具轨迹,而不需要进行任何的后续处理,最后,通过加工实例证明了上述加工系统的可行性并得到了符合要求的加工效果。 展开更多
关键词 超精密加工 微结构光学元件 刀具轨迹生成器 光电及光通讯产品 快速伺服刀架
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快速刀具伺服机构研究进展 被引量:24
12
作者 吴丹 谢晓丹 王先逵 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第11期1379-1385,共7页
快速刀具伺服机构(FTS)是非圆数控车削和非轴对称车削的一项共同的关键性技术。论述了FTS的发展历程、结构特点及性能指标。详细介绍了压电陶瓷FTS、磁致伸缩FTS、洛仑兹力FTS、麦克斯韦力FTS的国内外研究情况,阐述了它们的原理、结构... 快速刀具伺服机构(FTS)是非圆数控车削和非轴对称车削的一项共同的关键性技术。论述了FTS的发展历程、结构特点及性能指标。详细介绍了压电陶瓷FTS、磁致伸缩FTS、洛仑兹力FTS、麦克斯韦力FTS的国内外研究情况,阐述了它们的原理、结构、性能优缺点及应用情况,并给出了FTS用于非轴对称光学元件车削的实例。指出超高频响(大于1000Hz)短行程(小于100μm)的FTS是当今研究热点,压电陶瓷FTS和麦克斯韦力FTS都可以实现较高频响,其中麦克斯韦力型FTS是可实现超高频响的一种全新类型的FTS。 展开更多
关键词 快速刀具伺服机构 响应频率 非圆车削 非轴对称车削
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快速刀具伺服系统自抗扰控制的研究与实践 被引量:21
13
作者 吴丹 赵彤 陈恳 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第12期1534-1542,共9页
快速刀具伺服系统(fast tool servo,FTS)是实现非圆截面和非轴对称表面零件加工的关键部件.加工过程中,FTS应克服时变切削力负载和自身参数的非线性,驱动刀具完成高频高精度跟踪运动.为了解决FTS的快速精密跟踪控制问题,根据刀具运动参... 快速刀具伺服系统(fast tool servo,FTS)是实现非圆截面和非轴对称表面零件加工的关键部件.加工过程中,FTS应克服时变切削力负载和自身参数的非线性,驱动刀具完成高频高精度跟踪运动.为了解决FTS的快速精密跟踪控制问题,根据刀具运动参考轨迹已知的特点,应用自抗扰控制原理和前馈控制策略,针对基于剪应力和正应力电磁驱动的两种直线执行机构,分别设计了采用线性和非线性扩张状态观测器的自抗扰控制器,并利用传递函数和描述函数方法,分析了线性控制器的跟踪精度和动态刚度特性,探讨了非线性控制系统的极限环问题.两种基于自抗扰控制的快速刀具伺服系统已应用于发动机椭圆截面活塞的精密车削和二维正弦微结构表面的超精密车削,满足了加工需求.研究与应用结果表明:自抗扰控制思想独特、算法易于工程实现,具有很好的工程应用价值. 展开更多
关键词 快速刀具伺服系统 自抗扰控制 频域分析 描述函数
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复杂光学表面的快刀伺服加工特性与路径规划 被引量:11
14
作者 王贵林 朱登超 戴一帆 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第15期175-180,共6页
复杂面形和微结构阵列等类型的光学元件应用范围越来越广,传统的机械加工方法难以满足面形精度和加工效率要求,超精密快刀伺服(Fast tool servo,FTS)是实现这类零件优质高效加工的有效手段。但是在复杂光学表面的快刀伺服加工中,面形的... 复杂面形和微结构阵列等类型的光学元件应用范围越来越广,传统的机械加工方法难以满足面形精度和加工效率要求,超精密快刀伺服(Fast tool servo,FTS)是实现这类零件优质高效加工的有效手段。但是在复杂光学表面的快刀伺服加工中,面形的高低起伏将会使刀具和工件的相对位置实时变化,导致加工状态恶化、面形精度下降,甚至会产生刀具干涉和过切现象。针对这种情况,通过研究复杂面形快刀伺服加工中切削角的变化规律及其对刀具前角、后角的影响,给出刀具干涉的判断算法以及工艺参数的选取依据;为实现加工路径的合理规划,进行典型复杂光学表面的刀具补偿分析与算法设计;在此基础上,以正弦放射线作为对象,进行快刀伺服加工试验,测试结果表明加工面形精度达到PV 0.17μm,没有发生过切和刀具干涉现象。 展开更多
关键词 复杂面形 快刀伺服 切削角 刀具干涉 路径规划
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音圈式快速伺服刀架的分析与设计 被引量:7
15
作者 杨帆 杨海宽 +1 位作者 陈志华 王贵林 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期42-47,共6页
自由曲面光学零件面形复杂,快刀伺服车削加工是其高效加工手段。针对压电陶瓷型伺服刀架行程小,加工能力有限的问题,提出一种基于音圈式直线电机驱动的快刀伺服方案。音圈式快速伺服刀架行程大,可大大拓宽快刀伺服加工范围。以典型光学... 自由曲面光学零件面形复杂,快刀伺服车削加工是其高效加工手段。针对压电陶瓷型伺服刀架行程小,加工能力有限的问题,提出一种基于音圈式直线电机驱动的快刀伺服方案。音圈式快速伺服刀架行程大,可大大拓宽快刀伺服加工范围。以典型光学零件加工为例,对快速伺服刀架所应具备的关键性能指标进行分析,给出了音圈电机的结构,对音圈式伺服刀架进行了理论建模、控制器设计以及实际性能测试。测试结果表明,所设计的音圈式伺服刀架行程大、频响高,在刀架行程为±100μm时可达到300Hz的频响能力,同样行程下的频响指标优于国外同类产品。 展开更多
关键词 光学自由曲面 快刀伺服 音圈电机 行程 频响
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基于快速伺服刀架技术的菲涅尔微结构金刚石超精密加工及其控制技术 被引量:6
16
作者 赵清亮 王义龙 +3 位作者 于光 谢大纲 杨元华 卢猛 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期179-186,共8页
微结构功能表面的金刚石超精密加工技术是近年来国外兴起的一项新技术,国内在这一研究领域处于起步阶段。并且由于受加工设备所限,使得该技术在国内的开展显得异常艰难,为了克服这一困难,自行设计带有快速伺服刀架(Fasttoolservo,FTS)... 微结构功能表面的金刚石超精密加工技术是近年来国外兴起的一项新技术,国内在这一研究领域处于起步阶段。并且由于受加工设备所限,使得该技术在国内的开展显得异常艰难,为了克服这一困难,自行设计带有快速伺服刀架(Fasttoolservo,FTS)的超精密加工机床,提出按照自适应指数趋近律来设计滑动模态控制律,并将滑膜变结构控制策略引入FTS的控制中,同时,将FTS的PID控制策略和滑膜变结构控制策略进行试验对比,试验结果显示,在滑模变结构控制策略下,FTS的响应时间与PID控制相近,但滑模变结构控制算法下几乎无超调,稳态精度高,正弦跟踪控制效果优于常规PID控制算法;最后,根据滑膜变结构控制策略对菲涅尔微结构表面进行金刚石超精密车削加工试验,成功地加工出半径5mm,浮雕深度10μm,表面粗糙度约35nm的菲涅尔微结构。 展开更多
关键词 微结构功能表面 金刚石超精密加工 快速伺服刀架 滑膜变结构控制
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音圈电机驱动的快刀伺服系统建模与性能分析 被引量:5
17
作者 戴一帆 段纬然 +1 位作者 王贵林 杨帆 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期78-82,共5页
复杂面形/结构零件的应用范围越来越广,往往一个零件上既有复杂面形也有微小结构。为了实现复杂面形/结构零件的高效加工,分析了快刀伺服加工方式的特点,设计并研制了音圈电机驱动的快刀伺服系统;基于动力学和电磁学分析,建立了快刀伺... 复杂面形/结构零件的应用范围越来越广,往往一个零件上既有复杂面形也有微小结构。为了实现复杂面形/结构零件的高效加工,分析了快刀伺服加工方式的特点,设计并研制了音圈电机驱动的快刀伺服系统;基于动力学和电磁学分析,建立了快刀伺服系统的传递函数模型,并对控制方法进行了设计;在此基础上,通过实验对快刀伺服系统进行了性能测试,实验结果表明本文所研制的快刀伺服系统具有较高的运动分辨率、定位精度和工作频响,能够作为快刀伺服加工的进刀装置。 展开更多
关键词 复杂面形 结构 快刀伺服 音圈电机 建模
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微结构表面金刚石车削加工过程中快速伺服刀架的控制 被引量:4
18
作者 杨元华 陈时锦 +2 位作者 孙涛 赵清亮 程凯 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期246-250,共5页
微结构表面金刚石车削加工过程中由于切削深度突变而易于引起切削力干扰,采用滑模变结构控制算法来解决这一问题。研制了用于微结构表面加工的快速伺服刀架,建立了快速伺服刀架动力学模型,并设计了基于连续时域模型的滑模变结构控制器,... 微结构表面金刚石车削加工过程中由于切削深度突变而易于引起切削力干扰,采用滑模变结构控制算法来解决这一问题。研制了用于微结构表面加工的快速伺服刀架,建立了快速伺服刀架动力学模型,并设计了基于连续时域模型的滑模变结构控制器,它与系统的参数变化及扰动无关,因此在切削过程中具有很好的鲁棒性。另外,滑模变结构控制系统快速性好,无超调,计算量小,实时性强,很适合于加工控制。针对滑模变结构控制算法与常规PID控制算法进行了阶跃响应对比实验,结果表明滑模变结构控制算法比常规PID控制算法的超调小,稳态误差小于20nm。最后以微菲涅耳透镜作为微结构表面的实例进行加工实验,实验结果进一步验证了滑模变结构控制算法的有效性。 展开更多
关键词 超精密加工 快速伺服刀架 滑模变结构控制 微结构表面
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双柔性支撑板快速伺服刀架优化设计及测试 被引量:6
19
作者 周京博 孙涛 侯国安 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期349-355,共7页
设计了一种基于双柔性支承板的快速伺服刀架用于金刚石车削加工非回转对称微结构表面,并对其性能进行了测试。根据约束条件推导了刀架柔性支承板的刚度解析表达式,同时给出了柔性板上最大Von Mises应力的计算公式。根据快速伺服刀架设... 设计了一种基于双柔性支承板的快速伺服刀架用于金刚石车削加工非回转对称微结构表面,并对其性能进行了测试。根据约束条件推导了刀架柔性支承板的刚度解析表达式,同时给出了柔性板上最大Von Mises应力的计算公式。根据快速伺服刀架设计指标,优化了柔性支承板的结构参数,并根据上述结构参数,加工得到了快速伺服刀架。最后,搭建了快速伺服刀架控制系统,测试了它的静态及动态特性。测试结果表明,设计的快速伺服刀架的刚度为53N/μm,最小运动分辨率为3nm,工作行程可达20μm。另外,它的稳态跟踪误差小于4nm,开环带宽为2kHz,一阶固有频率可达3kHz。测试结果不仅验证了所述设计方法的正确性,也表明采用双柔性支承板结构是设计高刚度、高精度微位移机构的一种有效方法。 展开更多
关键词 金刚石车削 快速伺服刀架 柔性支撑板 刚度 Von Mises应力 静态性能 动态性能
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快速刀具伺服分数阶PID控制仿真的研究 被引量:6
20
作者 朱志伟 赵绍昕 +1 位作者 王刚 周晓勤 《机电工程》 CAS 2010年第8期6-9,共4页
利用分数阶PID控制,提出了一种新的快速刀具伺服(FTS)跟踪控制方法,以改善FTS的控制性能。根据差分进化算法,讨论了分数阶PID控制器的参数整定;通过数值仿真,考察了该方法的可行性和有效性。针对FTS的轨迹跟踪,根据响应时间、跟踪精度... 利用分数阶PID控制,提出了一种新的快速刀具伺服(FTS)跟踪控制方法,以改善FTS的控制性能。根据差分进化算法,讨论了分数阶PID控制器的参数整定;通过数值仿真,考察了该方法的可行性和有效性。针对FTS的轨迹跟踪,根据响应时间、跟踪精度等指标,详细比较了分数阶PID控制与传统PID控制的性能。仿真结果表明,分数阶PID控制器的阶跃响应时间约为5×10-7s,是PID控制响应时间的42%,对频率为1 kHz,幅值为1μm的正弦信号的跟踪误差约为6 nm,是PID跟踪误差的50%,验证了基于分数阶PID控制器实现FTS轨迹跟踪控制的可行性和优越性。 展开更多
关键词 超精密加工 快速刀具伺服 轨迹跟踪控制 分数阶PID控制
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