專用精密測(cè)量與修磨裝備控制系統(tǒng)研究.pdf

1、硬脆材料薄壁回轉(zhuǎn)體工件主要應(yīng)用在航空、航天和雷達(dá)通訊等領(lǐng)域，其制造精度是影響該領(lǐng)域某些設(shè)備性能的關(guān)鍵因素，因材料特殊、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工精度要求高，其加工一直是國內(nèi)外研究的難題。石英陶瓷材料高速飛行器頭罩是硬脆材料薄壁回轉(zhuǎn)體工件的典型代表，本文將以其為樣例對(duì)專用精密測(cè)量與修磨裝備控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究。 硬脆材料薄壁回轉(zhuǎn)體工件對(duì)電性能一致性要求較高，其加工方法和普通工件有明顯的區(qū)別：一是工件加工面為復(fù)雜的自由曲面；二是工件上不同加工

2、點(diǎn)(或區(qū)域)要求具有不同的修磨去除量。本課題組在電性能補(bǔ)償領(lǐng)域進(jìn)行了多年的研究，成功研制了第一代和第二代硬脆材料薄壁回轉(zhuǎn)體工件內(nèi)廓面精密修磨裝備，能夠較好的滿足工件內(nèi)廓面實(shí)際加工要求，但加工精度、加工效率及自動(dòng)化水平仍有進(jìn)一步提升的空間。 本文在借鑒已有技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)加工精度(≤5μm)和加工效率的新要求，基于“一體式雙工位”體系加工裝備平臺(tái)，開發(fā)了“IPC+GALIL控制卡”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)。 針對(duì)裝備高精度要

3、求，控制系統(tǒng)在電流、速度、位置三閉環(huán)PID控制的基礎(chǔ)上，引入速度前饋補(bǔ)償、加速度前饋補(bǔ)償和陷波濾波器環(huán)節(jié)，構(gòu)建了“三閉環(huán)串級(jí)PID+前饋補(bǔ)償”結(jié)構(gòu)的高性能復(fù)合式控制策略，并對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行整定，保證了控制精度。 為提高伺服系統(tǒng)的定位精度和重復(fù)定位精度，設(shè)計(jì)了一種基于“誤差表”的誤差補(bǔ)償方法。針對(duì)雙工位間坐標(biāo)轉(zhuǎn)化過程存在的誤差，研究了測(cè)量觸頭半徑補(bǔ)償、砂輪半徑補(bǔ)償和聲發(fā)射對(duì)刀補(bǔ)償相結(jié)合的誤差補(bǔ)償方法，有效提高了系統(tǒng)的綜合精度。

4、 為保障磨削質(zhì)量一致性，設(shè)計(jì)了主軸實(shí)時(shí)調(diào)速系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)主軸電機(jī)跟蹤工件進(jìn)給速度在線實(shí)時(shí)調(diào)速，保持加工過程中Vw/Vs恒定。 最后，進(jìn)行了系統(tǒng)聯(lián)調(diào)和綜合實(shí)驗(yàn)。利用激光干涉儀檢測(cè)了伺服系統(tǒng)定位精度和重復(fù)定位精度，并通過對(duì)刀實(shí)驗(yàn)和磨削加工實(shí)驗(yàn)對(duì)對(duì)刀精度和加工精度進(jìn)行了檢驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠、響應(yīng)速度快、控制精度高；在此控制系統(tǒng)控制下，專用精密測(cè)量與修磨裝備綜合加工精度±5μm，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)硬脆材料薄壁回轉(zhuǎn)體工件的高精度