微進給控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究及其應(yīng)用.pdf

1、在精密磨削玻璃、陶瓷、半導體等脆硬材料時，砂輪切深進給量小于0．1μm，使磨屑呈現(xiàn)出類似切削塑性材料時的卷曲狀，并且工件表面沒有加工裂紋，加工精度高。然而，傳統(tǒng)磨床由于缺少關(guān)鍵技術(shù)的有力支持，進給系統(tǒng)不可避免地存在爬行現(xiàn)象，位移分辨率較低，且系統(tǒng)的響應(yīng)速度低等缺點。 本文以某省(市)級科技攻關(guān)項目“面向精密加工壓電驅(qū)動微進給系統(tǒng)設(shè)計與研究”為背景，在分析精密磨削、精密磨床和微進給控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，從工程實際應(yīng)用出發(fā)，研制了一種面

2、向精密磨削的壓電陶瓷驅(qū)動微進給新型控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一個集驅(qū)動、檢測和精度補償為一體的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 本文在以下幾個方面進行了較為深入研究： 1.通過對比各種微進給工作臺特性和壓電陶瓷驅(qū)動器控制方法，對微進給系統(tǒng)及其在磨床上的應(yīng)用進行了方案論證和總體設(shè)計。微進給工作臺采用壓電陶瓷驅(qū)動、柔性鉸鏈作為精密位移機構(gòu)。精密磨床采用二級進給機構(gòu)，即利用磨床的進給系統(tǒng)作為第一級進給機構(gòu)實現(xiàn)粗磨、半精磨；用剛度、分辨率和響應(yīng)速度較高的

3、微進給工作臺作為第二級進給機構(gòu)實現(xiàn)微量進給，完成工件的精密磨削。 2．將微進給工作臺等效為單自由度彈簧阻尼系統(tǒng)，建立了該工作臺動力學模型。為了消除微進給工作臺非線性工作特性下的各種干擾因素的影響，特建立了系統(tǒng)的開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種模型，并在Matlab環(huán)境下進行了仿真和對比分析。分析結(jié)果表明：閉環(huán)控制下的微進給工作臺具有較高定位精度和快速響應(yīng)性。 3．研制了基于壓電陶瓷驅(qū)動的微進給閉環(huán)控制系統(tǒng)。以MCS-51系列單片機

4、AT89C55作為核心處理器，采用精密的電感式測微儀做為位移反饋裝置，研制出集驅(qū)動、檢測和精度補償為一體閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，分為驅(qū)動系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)兩大模塊。 4．建立了微進給系統(tǒng)工作實驗平臺，對該系統(tǒng)進行了切削加工實驗驗證以及實際工程應(yīng)用。設(shè)計了基于數(shù)據(jù)采集卡和Labview的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對微進給系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能進行了測試。實驗證明，本文設(shè)計的壓電陶瓷驅(qū)動控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的人機接口，整個微進給系統(tǒng)