高频高精快刀伺服系统优化

研制了一款高频响、高精度及大驱动力的压电驱动型快速刀具伺服(Fast Tool Servo,FTS)装置,采用广义圆锥线拟合的柔性铰链构造新颖的柔性机构,通过对称布置的结构消除柔性刀架工作过程中在非期望运动方向的耦合误差,并对机构的运动学特性进行了综合建模。综合考虑装置行程和固有频率的设计目标,基于改进的BP神经网络优化算法,对柔性机构的结构尺寸进行了多目标优化设计。使用优化后的结构参数建立FTS装置的三维模型并通过ANSYS软件进行有限元分析,分析结果表明,优化后的柔性机构可以达到预期性能要求,验证了该优化算法的可行性。最后,进行了实验样机的制造和性能测试,进一步验证了FTS装置的优化设计结果。测试结果表明:FTS装置的固有频率超过7.6 kHz,标称行程约为6.4μm,分辨率约为12 nm,跟随精度约为0.3μm,静态和动态性能均符合设计目标。