面向微結(jié)構(gòu)表面加工的快速伺服刀架設(shè)計(jì)及其性能研究.pdf

1、微結(jié)構(gòu)表面是指具有亞微米級(jí)面形精度、納米級(jí)表面粗糙度的微小幾何形狀的表面,因其具有優(yōu)異的耐磨損性、粘附性與光學(xué)性能,在民用工業(yè)、航空航天與國(guó)防工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛?；诳焖偎欧都?FTS)的超精密倒圓角加工技術(shù)因其高精度、高頻響、高效率的特點(diǎn),成為公認(rèn)的加工微結(jié)構(gòu)表面最有效也最有前景的技術(shù)之一。目前,一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)在該領(lǐng)域取得了一定的成果,研制出了多種快速伺服加工系統(tǒng),并加工出了多種高精度的微結(jié)構(gòu)表面。國(guó)內(nèi)對(duì)這方面的研究還在起步階

2、段,與國(guó)外相比有很大差距。本文對(duì)面向微結(jié)構(gòu)表面的快速伺服刀架的設(shè)計(jì)及其性能進(jìn)行了研究。
　　通過分析各個(gè)參數(shù)對(duì)微結(jié)構(gòu)表面形成的影響,確定了快速伺服刀架的設(shè)計(jì)要求。通過對(duì)常用快速伺服加工系統(tǒng)工作原理及結(jié)構(gòu)的研究,提出了以壓電陶瓷為驅(qū)動(dòng)器,以平行柔性板為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的快速伺服刀架設(shè)計(jì)方案。根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行了選型,對(duì)柔性板進(jìn)行了剛度計(jì)算和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),校驗(yàn)了導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的共振頻率和回復(fù)力,并對(duì)預(yù)緊力進(jìn)行了計(jì)算。
　　對(duì)設(shè)計(jì)的柔性

3、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行了仿真分析。建立了柔性導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的有限元仿真模型,并對(duì)其進(jìn)行了靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真分析。靜力學(xué)分析得到了柔性板的受力變形與應(yīng)力分布;模態(tài)分析得到了各階模態(tài)與振型;諧響應(yīng)分析得到了輸出位移與加工頻率的關(guān)系。
　　建立了壓電陶瓷和機(jī)械結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型,利用MATALB軟件對(duì)其開環(huán)狀態(tài)的時(shí)域與頻域響應(yīng)進(jìn)行了仿真分析,并利用PID控制器對(duì)FTS系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制,對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)的跟蹤性能進(jìn)行了仿真分析。
　　通過試驗(yàn),對(duì)研制的快速伺