微小型超精密微细铣削机床的研制.pdfVIP

设计与研究DesignandResearch 微小型超精密微细铣削机床的研制 张 鹏 王 波 卢礼华 梁迎春 (哈尔滨工业大学精密工程研究所，黑龙江 哈尔滨 150001) 摘 要：为了满足超薄壁微小结构零件的超精密加工需要，研制了一台微小型超精密三轴联动微细铣削加工 机床。机床的总体尺寸为600mnix500mnix700lnln，三个直线运动轴的行程均为75删m。为了克 服传统的由滚珠丝杠驱动的伺服系统带来的非线性问题，此机床采用了永磁直线电动机直接驱动气 体静压导轨，并由5111111分辨率的线性光栅作为位置反馈元件组成全闭环控制系统的伺服控制方 法；采用高精度运动控制卡PMAC嵌入工控机的开放式数控系统，并采用 “PID算法+前馈控制”的 复合控制策略。跟踪阶跃信号和正弦信号的实验结果表明，机床可以实现纳米级的运动控制精度； 使用分辨率为 1nlll的Renishaw激光干涉仪测量，得到补偿后的三个运动轴的定位精度均小于± 0．25ten，重复定位精度均小于±O．2ten。使用 ．5mill的硬质合金立铣刀加工一组高度为50．^m 的台阶，加工精度为±O．3 ；使用 mill的硬质合金立铣刀加工平面的表面粗糙度为40nm。 关键词：超精密机床 运动控制 微细铣削 表面形貌 DevelopmentofUltra-precisionMicroMillingMachine ZHANG PenglWANGBo，LU Lihua。LIANG Yingchun (CenterforPrecisionEngineering，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，CHN) Abstract：Inordertomeettherequestofultra—precisionmicrocomponentsandtheeconomyoftheprocessing，all ultra—precision threeaxesmicro millingmachinewasdeveloped．Thebasicsizeofthemachine iS 600mmx5OOmmx7OOmm andalloftheXYZ strokesare75ram．Toovercomethenonlinearityhtatal— waysexistsinhteconventionalservomechanism drivenbytheballscrew，linearmotorisusedtodirect- lydrivetheaerostaticbearingguide．Linera encoderwith5am resolutionwasusedasthefeedbackof thepositiontobuilduptheclosedloopcontrolsystem．Thehigh-precisionmotioncontrolcradembedded industrypersonalcomputer(IPC)toconstructopencomputernumericalcontrolsystem-withhtePID+ FeedForward compound algorithm．Themachinehasbeen proved to achieve htenanometerscale htroughthestepresponseandthesinusoidalsignal track．TheRenishaw laserinterferometerwitl1the resolutionof1nm wasusedtomeasurepositioningaccuracyandrepetitivepositioningaccuracy．After compensation，positioningaccuracyo