模輥超精密加工機床動態(tài)特性研究及其控制系統(tǒng)設計.pdf

1、微結構功能表面由于表面具有特定的拓撲結構,可以傳遞材料的物理、化學和光學性質,在光學系統(tǒng)、流體減阻、聚光光伏系統(tǒng)等領域有著廣泛應用,市場需求巨大。Roll-to-Roll超精密復制加工工藝是目前實現(xiàn)高精度、高效率、低成本制造微結構功能表面的主流技術之一。其工藝過程是使用表面具有超精密微結構的模輥作為模具在材料表面輥壓成型并配以后續(xù)處理工藝,獲得高精度微結構功能表面,因此模輥超精密加工機床的研制便成為這種加工方法的關鍵。由于模輥加工具有工

2、件長徑比大、加工效率要求高、精度要求高的特殊性,對加工機床的控制系統(tǒng)和動態(tài)性能提出了很高要求。因此,機床的控制系統(tǒng)設計和動態(tài)特性的研究具有重要的意義。
　　本課題首先完成了基于UMAC控制器的開放式數(shù)控系統(tǒng)設計和集成。在數(shù)控系統(tǒng)硬件選型、接口電路設計、電控邏輯設計中充分考慮到模輥超精密加工機床的特點,并設計了模輥超精密加工機床數(shù)控系統(tǒng)軟件。
　　考慮到模輥超精密機床安裝尺寸大并且細長的工件后其剛度變弱,本文建立了整機和導軌系

3、統(tǒng)的有限元模型,通過模態(tài)分析獲得整機和導軌的各階固有頻率和振型,為控制系統(tǒng)設計提供參考。機床進給系統(tǒng)采用了層疊正交式導軌結構,當下層導軌以大的加減速運行時,會對機床各部件產(chǎn)生沖擊影響,這主要包括主軸和工件共同構成的弱剛度系統(tǒng)、上層導軌以及刀具系統(tǒng)。本文采用瞬態(tài)分析模擬下層導軌沖擊對上述機床各關鍵部件的影響,并探究了各部件振蕩的規(guī)律。
　　針對以上瞬態(tài)動力學分析得到的機床諧振規(guī)律,提出了在控制系統(tǒng)中設置陷波濾波器以降低系統(tǒng)在諧振頻率