微進(jìn)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(dǎo)體等脆硬材料時(shí)，砂輪切深進(jìn)給量小于0．1μm，使磨屑呈現(xiàn)出類似切削塑性材料時(shí)的卷曲狀，并且工件表面沒(méi)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(jìn)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(diǎn)。 本文以某省(市)級(jí)科技攻關(guān)項(xiàng)目“面向精密加工壓電驅(qū)動(dòng)微進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究”為背景，在分析精密磨削、精密磨床和微進(jìn)給控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，從工程實(shí)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(dòng)微進(jìn)給新型控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一個(gè)集驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)和精度補(bǔ)償為一體的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 本文在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了較為深入研究： 1.通過(guò)對(duì)比各種微進(jìn)給工作臺(tái)特性和壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器控制方法，對(duì)微進(jìn)給系統(tǒng)及其在磨床上的應(yīng)用進(jìn)行了方案論證和總體設(shè)計(jì)。微進(jìn)給工作臺(tái)采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)、柔性鉸鏈作為精密位移機(jī)構(gòu)。精密磨床采用二級(jí)進(jìn)給機(jī)構(gòu)，即利用磨床的進(jìn)給系統(tǒng)作為第一級(jí)進(jìn)給機(jī)構(gòu)實(shí)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(jìn)給工作臺(tái)作為第二級(jí)進(jìn)給機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給，完成工件的精密磨削。 2．將微進(jìn)給工作臺(tái)等效為單自由度彈簧阻尼系統(tǒng)，建立了該工作臺(tái)動(dòng)力學(xué)模型。為了消除微進(jìn)給工作臺(tái)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(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種模型，并在Matlab環(huán)境下進(jìn)行了仿真和對(duì)比分析。分析結(jié)果表明：閉環(huán)控制下的微進(jìn)給工作臺(tái)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(dòng)的微進(jìn)給閉環(huán)控制系統(tǒng)。以MCS-51系列單片機(jī)

4、AT89C55作為核心處理器，采用精密的電感式測(cè)微儀做為位移反饋裝置，研制出集驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)和精度補(bǔ)償為一體閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，分為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)兩大模塊。 4．建立了微進(jìn)給系統(tǒng)工作實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了切削加工實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證以及實(shí)際工程應(yīng)用。設(shè)計(jì)了基于數(shù)據(jù)采集卡和Labview的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對(duì)微進(jìn)給系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)證明，本文設(shè)計(jì)的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的人機(jī)接口，整個(gè)微進(jìn)給系統(tǒng)