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。