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

1、微結(jié)構(gòu)功能表面由于表面具有特定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),可以傳遞材料的物理、化學(xué)和光學(xué)性質(zhì),在光學(xué)系統(tǒng)、流體減阻、聚光光伏系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用,市場需求巨大。Roll-to-Roll超精密復(fù)制加工工藝是目前實(shí)現(xiàn)高精度、高效率、低成本制造微結(jié)構(gòu)功能表面的主流技術(shù)之一。其工藝過程是使用表面具有超精密微結(jié)構(gòu)的模輥?zhàn)鳛槟＞咴诓牧媳砻孑亯撼尚筒⑴湟院罄m(xù)處理工藝,獲得高精度微結(jié)構(gòu)功能表面,因此模輥超精密加工機(jī)床的研制便成為這種加工方法的關(guān)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(jī)床的控制系統(tǒng)和動態(tài)性能提出了很高要求。因此,機(jī)床的控制系統(tǒng)設(shè)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(shè)計和集成。在數(shù)控系統(tǒng)硬件選型、接口電路設(shè)計、電控邏輯設(shè)計中充分考慮到模輥超精密加工機(jī)床的特點(diǎn),并設(shè)計了模輥超精密加工機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)軟件。
　　考慮到模輥超精密機(jī)床安裝尺寸大并且細(xì)長的工件后其剛度變?nèi)?本文建立了整機(jī)和導(dǎo)軌系

3、統(tǒng)的有限元模型,通過模態(tài)分析獲得整機(jī)和導(dǎo)軌的各階固有頻率和振型,為控制系統(tǒng)設(shè)計提供參考。機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)采用了層疊正交式導(dǎo)軌結(jié)構(gòu),當(dāng)下層導(dǎo)軌以大的加減速運(yùn)行時,會對機(jī)床各部件產(chǎn)生沖擊影響,這主要包括主軸和工件共同構(gòu)成的弱剛度系統(tǒng)、上層導(dǎo)軌以及刀具系統(tǒng)。本文采用瞬態(tài)分析模擬下層導(dǎo)軌沖擊對上述機(jī)床各關(guān)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(xué)分析得到的機(jī)床諧振規(guī)律,提出了在控制系統(tǒng)中設(shè)置陷波濾波器以降低系統(tǒng)在諧振頻率