氣浮式微細(xì)切削平臺(tái)的力學(xué)特性與運(yùn)動(dòng)控制研究.pdf

1、微機(jī)械產(chǎn)品在生物工程、醫(yī)療器械、航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。目前，微細(xì)切削技術(shù)是實(shí)現(xiàn)微小型零件高效精密加工的主要技術(shù)手段之一，而微細(xì)切削機(jī)床的加工性能對(duì)微小型零件的加工質(zhì)量具有十分重要的影響。本文在自行搭建的氣浮式微細(xì)切削平臺(tái)的基礎(chǔ)上，對(duì)切削平臺(tái)氣體靜壓支撐的力學(xué)特性及切削平臺(tái)移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)控制進(jìn)行了研究分析，并進(jìn)行了微細(xì)切削試驗(yàn)驗(yàn)證。主要研究工作如下：
　?。?）針對(duì)微細(xì)切削的目標(biāo)要求，搭建了氣浮式微細(xì)切削平臺(tái)。其中，采用大

2、理石床身，提高了切削平臺(tái)的整體隔振性能；采用氣體靜壓支撐方式，實(shí)現(xiàn)了滑塊在導(dǎo)軌上的近零摩擦運(yùn)動(dòng)；采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，減小了平臺(tái)的傳動(dòng)誤差；采用由PMAC運(yùn)動(dòng)控制卡及Elmo驅(qū)動(dòng)器組成的開放式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了切削平臺(tái)的兩軸聯(lián)動(dòng)與電機(jī)的穩(wěn)定換向。
　?。?）研究了切削平臺(tái)氣體靜壓支撐的力學(xué)特性，揭示了切削平臺(tái)移動(dòng)部件的前五階固有頻率與輸入氣壓的內(nèi)在聯(lián)系；基于Fluent仿真試驗(yàn)，研究了氣膜區(qū)域內(nèi)氣體的非線性壓力分布，并通過氣膜承載力

3、測(cè)試試驗(yàn)，分析了不同氣膜厚度下切削平臺(tái)的承載能力與相應(yīng)氣膜剛度。
　?。?）建立了可表征切削平臺(tái)移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)特性的數(shù)學(xué)模型，由此制定了二自由度運(yùn)動(dòng)控制策略，進(jìn)而通過Simulink仿真分析了二自由度控制策略的控制性能，并進(jìn)行了參數(shù)整定。驗(yàn)證試驗(yàn)表明，在具有整定參數(shù)的二自由度控制下，切削平臺(tái)具有良好的定位精度和速度平穩(wěn)性。
　?。?）進(jìn)行了切削平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)優(yōu)選分析，提高了切削平臺(tái)的高負(fù)載適應(yīng)性，減小了空載時(shí)氣體靜壓支撐導(dǎo)