慢刀伺服变主轴转速车削非圆截面元件研究

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(slow tool servo,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,作者提出一种基于STS的变主轴转速(variable spindle speed,VSS)车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,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: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。