新型精密磨削辅助微进给平台的研制及特性研究

设计了一种用于平面磨削主动控制的新型数控微进给工件平台。该平台由 3个压电陶瓷 (PZT)驱动器驱动 ,3个半圆形的弹性铰链构成的弹性环节实现对压电陶瓷驱动器的预紧。通过实验的方法研究了微进给平台的位移输出、静动态刚度等特性。

基于压电陶瓷的微进给平台的实验研究

超精密加工技术是机械制造业中最重要的部分,基于压电陶瓷的微位移机构是近年来发展起来的一种新型微位移机构,设计了基于压电陶瓷为驱动的,以弹性铰链为支撑的微进给平台。并进行了大量的试验,从中得出适于应用的线性电压-位移曲线。采用不同的升降压步长对平台进行驱动,改善了电压-位移的迟滞度。

电致驱动微进给平台动态特性分析

在线性化的前提下,对电致驱动微进给平台各个组成部分进行了简化,建立了工作台动力学模型,分析了微位移工作台的动态特性,得出了其传递函数;并通过实验,对所建立的动力学模型及开环控制下平台的实际动态特性进行了验证。理论分析和实验结果的一致性说明理论分析的正确性及可靠性。

基于有限元分析的纳米级微进给平台设计

设计了一种利用弹性铰链作为预紧机构、高精度滚动导轨作为导向机构的单PZT驱动的微进给平台。利用有限元方法对微进给平台的结构和静、动态特性进行了研究。在静态特性中着重分析了微进给平台的静态刚度,得出整个动平台的工作平面上的刚度分布图。在动态特性分析中着重研究了微进给平台的模态振型、固有频率和谐波激励响应,得出了激进给平台在动态激振力作用下的特性。最后分析了微进给平台工作平面上静态刚度和动态刚度变化很大的原因,并提出一些改进的措施。

纳米级微进给平台设计与研究

精密微进给平台是实现纳米级定位与加工的关键技术。本文介绍了基于PZT的纳米级微进给平台设计与研究的现状，指出下一步的研究方向和需要解决的关键问题即：多作动器驱动的微进给平台的结构设计及其考虑动力学特性的闭环反馈控制算法。

环境温度对微进给平台定位精度影响规律的研究

微进给机构是超精密加工设备中实现精密定位的重要组成部分,加工环境条件极其微小的变化均可能影响其定位精度。文章运用I-DEAS软件,针对自行研制的一台精密磨削用多自由度辅助微进给平台,在假定其它加工环境均满足加工要求的前提下,对不同环境温度下其热变形情况进行了初步的研究。研究发现,微进给平台沿z向的最大变形量与环境温度呈正比;环境温度对微进给平台z向最大变形量的影响与微进给平台的动平台上表面温度值的大小呈正比。

基于压电陶瓷的微进给平台的实验研究

超精密加工技术是机械制造业中最重要的部分,基于压电陶瓷的微位移机构是近年来发展起来的一种新型微位移机构。设计以压电陶瓷为驱动的、以弹性铰链为支撑的微进给平台,并进行大量的试验,采用不同的升降压步长对平台进行驱动。结果表明采用合适的升降压步长,可改善压电陶瓷的电压-位移的迟滞度,从而得到实用的电压-位移曲线。

机床用组合铰链微进给平台静动特性分析

为了提高加工机床进给机构的精度及刚度,设计了一种基于柔性铰链的精密机床用组合微进给平台。利用能量守恒原理分析了进给平台刚度,在此基础上对微进给平台的静、动特性进行了测试。实验结果表明,平台刚度的理论分析与实验结论一致,且微进给平台的动特性满足机床加工精度要求。

对微进给平台磨削温度场的有限元分析

微进给机构是超精密加工设备中实现精密定位的重要组成部分,由于精密磨削时磨削量数量级的减小,热变形的问题更加突出,成为影响平台定位精度的主要因素。运用I-DEAS软件,针对一种精密磨削用多自由度辅助微进给平台,对其磨削工件时的温度场进行了分析研究,为进一步探索其热变形的规律奠定了基础。

超精密磨削微进给工件平台的研制

采用弹性铰链作为预紧机构,采用压电陶瓷作动器作为驱动机构,设计了一种超精密磨削辅助工件平台。具有结构简单、位移分辨率高、动态响应速度快等优点。文中通过试验研究了其在开环和闭环控制下的静态和动态特性,结果表明,其中心部位静态刚度达到200N/μm,Z向的固有频率达到1289Hz。

铰链四杆机构的微进给应用研究

本文紧密结合工程实际应用,以超精密车削加工中的微进给系统为研究对象,以在收集了大量资料的基础上,探讨铰链四杆机构在微进给系统中的应用设计措施,结果计算其具备多条轨迹的综合,且具有较高的精度,值得推广应用。

纳米级大行程多维运动平台的方案研究

针对微尺度复杂三维结构加工中的关键部件———三维微进给平台进行了研究。对国内外的高精度运动平台的原理及特点进行了总结和分析。目前还没有百毫米行程、精度可达纳米级的进给平台。针对这一点 ,文中提出了几种可满足上述要求的进给平台的设计方案 ,并分析了各自的优缺点。

精密磨床辅助工件平台的设计

为补偿精密磨床砂轮的振动对加工精度的影响,设计了一台作为磨床辅助进给装置的微进给工件平台。该工作平台采用压电陶瓷作为驱动机构,弹性铰链作为预紧机构。为了避免压电陶瓷驱动器受到弯矩的作用,在压电陶瓷驱动器的顶部和动平台之间加了一个球形接头。利用弹性铰链的预紧力,实现驱动器和动平台之间的赫兹接触。高精度的电容式位移传感器用来测量动平台的实际输出并形成反馈控制系统。为了消除压电陶瓷的迟、蠕变等非线性,采用了非线性PID控制算法来实现微进给平台的实时控制。采用跟踪微分器对信号进行跟踪并得到其微分信号,提高了控制系统的鲁棒性。通过计算机仿真了所设计的微进给平台的特性和闭环控制算法的有效性。