超精密加工车床及其微进给机构的研究

【摘要】： 随着科学技术的发展及高新技术的需要,精密及超精密加工技术在工业生产中的地位越来越重要。几十年来,超精密加工已成为工业生产中最关键的、效果最显著的技术之一。本文密切结合河北省博士基金项目课题进行研究,以超精密加工车床的开发为目标,以压电材料学、弹性铰链理论、虚拟样机技术为基础,对超精密车床的结构进行了系统的研究。在此基础上,完成了超精密车床的设计,通过三维建模,对其进行了运动学仿真;本论文完成了以下内容: ◆设计了一台小型化的基于空气静压电主轴、空气静压导轨、研磨丝杠和压电陶瓷微进给平台的超精密加工车床。 ◆设计了一种以压电陶瓷作动器为动力源,弹性铰链为弹性变形元件的新型微进给刀架;在弹性铰链分析基础上,设计了整体式微进给用铰链机构,对弹性铰链和平行铰链运动副进行了建模,并进行了刚度分析。 ◆基于开环控制的测试系统,进行了微进给平台的性能分析,包括位移-电压曲线性能,蠕变特性,稳定性,重复性精度等,得到了实验数据,最后得到微进给平台的综合性能指标。 ◆基于虚拟样机仿真技术和Pro/ENGINEER中的Mechanism模块,建立了数控车床的仿真模型,并利用其进行了运动仿真,获得了刀架上一点的位移、速度和加速度与时间的曲线,并得到了各点运动的包络曲线,通过分析,设计的机床能够满足要求。 通过仿真和实验,结果表明:所设计微进给系统进给分辨率为0.01μm;开环控制时,重复定位精度为0.08μm;车床可以达到纳米级进给精度;最后对全文的研究工作和取得的进展进行了总结,并提出了进一步研究的建议和设想。