大行程高精度微進(jìn)給系統(tǒng)的研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在國(guó)防工業(yè)、航天宇航技術(shù)、生物工程、微電子工程、納米科學(xué)與技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)加工精度的要求越來(lái)越高，提高制造精度后可以大幅地提高產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，提高其穩(wěn)定性和可靠性。超精密機(jī)床是保證產(chǎn)品加工精度的主要工具，而微進(jìn)給系統(tǒng)作為超精密機(jī)床的核心部件，其性能直接影響超精密機(jī)床的加工精度。超精密加工技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，要求進(jìn)給系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在大行程范圍內(nèi)的超精密微位移，從而可以加工大尺寸的工件，并獲得好的加工精度。傳統(tǒng)的進(jìn)給系

2、統(tǒng)受自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的限制，不能很好地滿足要求，因此需要研制一種新型的具有高精度、大行程的超精密進(jìn)給系統(tǒng)，可以大大提高超精密機(jī)床的加工精度。對(duì)提高我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、縮短我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家在超精密加工、檢測(cè)領(lǐng)域的差距，加快國(guó)防工業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)具有重要意義。
　　本文基于摩擦學(xué)原理，采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)，研制了一種新型的大行程高精度微進(jìn)給系統(tǒng)，為超精密微進(jìn)給技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供了一個(gè)經(jīng)濟(jì)可靠的手段，對(duì)于超精密定位系統(tǒng)的研究和應(yīng)用具有重要的意義和實(shí)用價(jià)值。

3、
　　該微進(jìn)給系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)部件與傳動(dòng)部件組成。驅(qū)動(dòng)部件采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)摩擦套筒實(shí)現(xiàn)角位移輸出；傳動(dòng)部件由滾珠絲杠與空氣靜壓導(dǎo)軌組成，實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。對(duì)系統(tǒng)的可調(diào)預(yù)壓裝置、空氣靜壓導(dǎo)軌等關(guān)鍵部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用有限元方法系統(tǒng)地分析了預(yù)壓裝置的剛度、應(yīng)力、固有頻率等靜態(tài)特性，得出柔性鉸鏈的各幾何尺寸對(duì)預(yù)壓裝置的靜態(tài)特性的影響，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　采用模塊化方法，建立微進(jìn)給系統(tǒng)的物理模型和數(shù)學(xué)模型，為設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制器打下了基礎(chǔ)。為了

4、減少摩擦驅(qū)動(dòng)過(guò)程中，微觀滑移、非線性等因素對(duì)定位系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能的影響，優(yōu)化控制系統(tǒng)的控制參數(shù)，建立了系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型與方程，并基于Karnopp“粘滯——滑移”模型對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行仿真、實(shí)驗(yàn)研究，得出正壓力、摩擦系數(shù)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等參數(shù)變化對(duì)位移輸出的影響規(guī)律。
　　針對(duì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)過(guò)程中存在的磁滯、非線性等特性，建立了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的逆Preisach模型，能夠很好的預(yù)測(cè)壓電驅(qū)動(dòng)器在經(jīng)過(guò)一定的隨機(jī)控制電壓序列后的位移輸出值，有效地改善

5、輸出位移的磁滯非線性，減小了系統(tǒng)的非線性誤差，提高了控制精度。
　　根據(jù)微進(jìn)給機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了變速積分模糊控制系統(tǒng)。采用二維模糊控制器，在選擇模糊變量的隸屬函數(shù)時(shí)采用不均勻劃分，在誤差較大的區(qū)域采用低分辨率的模糊子集，在誤差較小的區(qū)域采用較高分辨率的模糊子集，從而提高系統(tǒng)的漸進(jìn)穩(wěn)定性，并改善了常規(guī)模糊控制器存在量化誤差和調(diào)節(jié)死區(qū)、穩(wěn)態(tài)性能差的缺點(diǎn)。采用 Matlab軟件的Simulink工具進(jìn)行了閉環(huán)控制的仿真分析，證明了方案的