面向超精密磨削的压电陶瓷驱动微进给控制系统

介绍了一种最新开发的面向精密磨床的压电陶瓷驱动微进给控制系统,该系统是一个驱动、检测和补偿为一体的闭环系统。文章详细描述了控制系统工作原理和基本实现方法。     

电致驱动微进给平台动态特性分析

在线性化的前提下,对电致驱动微进给平台各个组成部分进行了简化,建立了工作台动力学模型,分析了微位移工作台的动态特性,得出了其传递函数;并通过实验,对所建立的动力学模型及开环控制下平台的实际动态特性进行了验证.理论分析和实验结果的一致性说明理论分析的正确性及可靠性.     

基于压电陶瓷的微进给平台的实验研究

超精密加工技术是机械制造业中最重要的部分,基于压电陶瓷的微位移机构是近年来发展起来的一种新型微位移机构,设计了基于压电陶瓷为驱动的,以弹性铰链为支撑的微进给平台.并进行了大量的试验,从中得出适于应用的线性电压一位移曲线.采用不同的升降压步长对平台进行驱动,改善了电压一位移的迟滞度.     

二自由度微定位平台的研制

研制了一台压电陶瓷驱动和弹性铰链导向的一体化微定位平台,该微定位平台具有高刚度、高响应速度和高分辨率等优点。为了克服压电陶瓷驱动器伸长量较小的不足,采用杠杆放大机构增加微定位平台的位移输出。考虑驱动电路的影响,建立了微定位平台的机电耦合模型。通过试验研究了微定位平台的静动态特性,试验结果表明微定位平台的分辨率为5 nm,固有频率分别为143 Hz和180 Hz。该微定位平台可应用于纳米级的微定位。     

宏微复合平台的微运动动态模型研究

宏微复合平台常应用于大行程运动和高精度定位的场合。基于对宏微复合驱动技术的的分析及研究,提出了一种音圈电机与压电陶瓷复合驱动的宏微复合运动平台结构,其中微运动平台采用压电陶瓷驱动和弹簧预紧,具有结构简单、分辨率高、刚度高和响应速度快等优点。针对微运动平台的主动控制问题,考虑压电陶瓷驱动器驱动电路以及滑块与摩擦复合作用的影响,建立微运动平台动态模型。通过微运动平台动态特性的实验研究,分析滑块与摩擦复合作用对微运动平台平稳性的影响。结果表明,该模型可快速缩短平台到达稳定的时间,满足平台精密定位要求。     

对微进给平台磨削温度场的有限元分析

微进给机构是超精密加工设备中实现精密定位的重要组成部分,由于精密磨削时磨削量数量级的减小,热变形的问题更加突出,成为影响平台定位精度的主要因素.运用I-DEAS软件,针对一种精密磨削用多自由度辅助微进给平台,对其磨削工件时的温度场进行了分析研究,为进一步探索其热变形的规律奠定了基础.     

精密磨床辅助工件平台的设计

为补偿精密磨床砂轮的振动对加工精度的影响，设计了一台作为磨床辅助进给装置的微进给工件平台。该工作平台采用压电陶瓷作为驱动机构，弹性铰链作为预紧机构。为了避免压电陶瓷驱动器受到弯矩的作用，在压电陶瓷驱动器的顶部和动平台之间加了一个球形接头。利用弹性铰链的预紧力，实现驱动器和动平台之间的赫兹接触。高精度的电容式位移传感器用来测量动平台的实际输出并形成反馈控制系统。为了消除压电陶瓷的迟、蠕变等非线性，采用了非线性PID控制算法来实现微进给平台的实时控制。采用跟踪微分器对信号进行跟踪并得到其微分信号，提高了控制系统的鲁棒性。通过计算机仿真了所设计的微进给平台的特性和闭环控制算法的有效性。     

面向超精密加工的压电陶瓷驱动微进给系统的控制实现

介绍了一种最新开发的面向精密加工机床的压电陶瓷驱动微进给控制系统,该系统是一个集驱动、检测和补偿为一体的闭环系统。文章详细描述了控制系统的工作原理、基本功能组成和软硬件设计要点及其基本实现方法。     

压电陶瓷微进给工作台的设计及其实验研究

本文论述了一台由电致伸缩陶瓷制动器驱动的微进给工作以的研制过程,设计了工作台的主体结构,预紧力机构及密封装置,并利用高等材料力学和有限元法优化了主要变形元件,通过ＨＰ５５２８Ａ激光测距系统对其特性进行了测试,工作台最大行程１６μｍ位移分辨率小于０．１μｍ重复定位精度０．１μｍ。     

数控车床上宏微进给的两种安装结构比较

介绍串联式、并联式两种宏微进给在数控车床上的安装结构,阐述两种结构对零件加工、装配的不同要求。     

Investigation of a 3-DOF micro-positioning table for surface grinding

A novel three degree of freedom numerically controlled micro-positioning table has been developed, optimized for applications such as improving the machining precision of precision grinders. The table consists of a moving platform, coupled to a base, three piezoelectric actuators and three capacitive sensors. An elastic structure with three notch-type flexure hinges both guides the platform and generates a preload for the piezoelectric actuators. The dimensions of the platform and flexure hinges and the position of flexure hinges are designed with the aid of finite element modeling to provide good stiffness with little bending deformation of the platform. The inverse model of the table is developed for numerical control. Experimental results are compared to the model predictions. The table has a natural frequency of 584 Hz, a resolution of 6 nm, an open loop control stiffness of 104 N/μm at the center of the moving platform and a closed loop control stiffness of 650 N/μm across the working area of the table.     

龙门磨铣床工作台进给装置的设计

介绍了工作台进给装置设计计算的主要内容，表明龙门磨铣床设计进给箱性能的可靠性。     

A Study of the Development of an Ultraprecision Grinding System for Mirror-Like Grinding

In this study, a new system of optimum in-process electrolytic dressing and a microposition system are developed. This system can carry out optimum in-process dressing of superabrasive wheels, and gives effective control of the unstable dressing current and insulating layer. Therefore, ultraprecision grinding when using an optimum in-process electrolytic dressing system and microposition system is a good method for efficient mirror-like grinding of brittle materials.     

新型反应烧结碳化硅陶瓷的超精密磨削

介绍了一种可用作光学反射镜材料的新型反应烧结碳化硅。采用超精密磨床结合在线电解修整的磨削方法对新型反应烧结碳化硅进行磨削，研究了不同磨粒尺寸、不同结合剂以及不同形状砂轮对磨削面性状的影响，分析了磨削面微段差的形成机理。获得了表面粗糙度Ra=0．57nm的超平滑镜面。     

一种新型3-PRR柔顺微动平台的结构与分析

针对3-RRR柔顺微动平台由于输入的直线位移(压电驱动)与被驱动件的转动(R副)不匹配而带来的传动误差问题,首先对不同型式对称四杆机构的直线位移输出特性进行比对,提出了一种较理想的柔顺直线机构-变截面对称四杆机构;其次,以变截面对称四杆机构作为被驱动机构,提出了一种新型3-PRR平面柔顺微动平台,并对该柔顺微动平台进行了运动学分析,得到了平台的正反解以及雅克比矩阵;利用功能转化原理求得平台的刚度矩阵,最后通过有限元软件进行仿真,分析了随机选取的15组位姿。结果表明:与理论位姿间的最大相对误差仅为1.33%,验证了理论分析的正确性。     

一种新型3自由度大行程微定位平台设计与分析

为解决微定位平台大行程与高精度之间的矛盾,提出一种新型的3自由度柔性并联机构。该机构三条支链采用特殊方式与动平台相连,使整体机构结构紧凑且具有良好的力学传递性能。同时,机构采用行程大,分辨率高,便于控制的电磁驱动器作为驱动部件,保证机构在不需要引入放大机构的前提下便可获得较大的行程和较高的分辨率。使用大行程柔性铰链代替普通的球铰,降低了加工制造难度和机构刚度模型的求解难度。采用螺旋理论分析了3-P(4S)并联机构末端运动特征,结合单元刚度矩阵法和矩阵位移法推导了3-P(4S)柔性并联机构的静刚度模型,并采用ANSYS进行了分析验证。     

一种旋转压电陶瓷驱动器的设计和研究

为发挥压电陶瓷分辨率高、频响高、功耗低及抗电磁干扰能力强等优点,进一步简化压电旋转驱动器的结构,提高压电驱动工作效率,设计和研制一种新型压电旋转驱动器。驱动器以压电陶瓷双晶片为原动件,通过联接机构联接定子和转子,选用滚子结构的超越离合器驱动机构,将双晶片扭转位移运动转化为输出轴的连续旋转运动。驱动器结构简单,体积小。通过理论分析、有限元仿真和试验研究表明,驱动器的转速与驱动信号的频率、电压近似呈线性关系,具有良好的输出特性,步进精确,运行平稳可靠,适于在微驱动领域应用。     

超精密加工及其进给驱动技术

论述了超精密加工的重要意义、主要方法、一些关键技术及在机械制造技术中的作用和地位;介绍了一种直线电机直接驱动的新型超精密进给机构的工作原理和基本结构,较好地解决了超精密加工的精确移动和定位问题。     

An education model of a nano-positioning system for mechanical engineers

The increasing use of nano-positioners in a wide variety of laboratory and industrial applications has created a need for nano-mechatronics education in all engineering disciplines. The subject of nano-mechatronics is broad and interdisciplinary. This article focuses on the way nano-mechatronics is taught in department of mechanical engineering at Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST). As one model of nano-positioning systems, design and experimental methodology is presented in this article. For design phase, the stiffness and resonant frequencies are found analytically and verified by using a commercial finite element analysis program. Next, for experimental phase, various tests are performed to access the performances of the designed nano-positioner, for example, sine-tracking, multi-step response and travel-range check etc. Finally, the definition of “separation frequency” is described and some comments are discussed.     

Dynamic Characteristics and Stability Analysis of a Wavy Thrust Bearing

A numerical procedure to analyze wavy thrust bearings is described. The numerical model is developed by assuming that two circular plates rotate relative to each other. The upper plate is assumed to be flat and rotating, whereas the lower plate is assumed to be stationary and wavy in surface geometry. A Reynolds-equation-based procedure is used to simulate the dynamics engendered by various wavy geometries and loading conditions. The equilibrium position of the journal results from the equilibrium between the forces generated by the fluid-film pressures and the externally applied loads. A numerical small perturbation technique is applied to calculate the linear stiffness and damping characteristics of the bearing at the equilibrium position. Using a three-degrees-of-freedom system with one axial and two rotational displacements, nine linear stiffness coefficients (three principal and six cross-coupled coefficients) and nine linear damping coefficients are calculated. These linear coefficients are then used to calculate the eigenvalues of the system by solving the homogeneous equations of motion. The stability of the bearing system is then expressed using the lowest logarithmic decrement obtained from these eigenvalues. Using this procedure, a parametric study is carried out to examine the effects of external load, location of the applied load, bearing number, and bearing wave amplitude on journal equilibrium position, bearing linear stiffness, damping characteristics, and bearing stability.