面向微結構表面加工的快速伺服刀架設計及其性能研究.pdf

1、微結構表面是指具有亞微米級面形精度、納米級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、粘附性與光學性能,在民用工業(yè)、航空航天與國防工業(yè)中的應用越來越廣泛。基于快速伺服刀架(FTS)的超精密倒圓角加工技術因其高精度、高頻響、高效率的特點,成為公認的加工微結構表面最有效也最有前景的技術之一。目前,一些發(fā)達國家已經(jīng)在該領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構表面。國內對這方面的研究還在起步階

2、段,與國外相比有很大差距。本文對面向微結構表面的快速伺服刀架的設計及其性能進行了研究。
　　通過分析各個參數(shù)對微結構表面形成的影響,確定了快速伺服刀架的設計要求。通過對常用快速伺服加工系統(tǒng)工作原理及結構的研究,提出了以壓電陶瓷為驅動器,以平行柔性板為導向機構的快速伺服刀架設計方案。根據(jù)設計要求對壓電陶瓷進行了選型,對柔性板進行了剛度計算和結構優(yōu)化設計,校驗了導向機構的共振頻率和回復力,并對預緊力進行了計算。
　　對設計的柔性

3、導向機構進行了仿真分析。建立了柔性導向機構的有限元仿真模型,并對其進行了靜力學和動力學仿真分析。靜力學分析得到了柔性板的受力變形與應力分布;模態(tài)分析得到了各階模態(tài)與振型;諧響應分析得到了輸出位移與加工頻率的關系。
　　建立了壓電陶瓷和機械結構的數(shù)學模型,利用MATALB軟件對其開環(huán)狀態(tài)的時域與頻域響應進行了仿真分析,并利用PID控制器對FTS系統(tǒng)進行閉環(huán)控制,對閉環(huán)系統(tǒng)的跟蹤性能進行了仿真分析。
　　通過試驗,對研制的快速伺