基于FTS的非轴对称微结构表面超精密切削系统研究.pdfVIP

设计与研究Des_gnQndResearch 基于 FTS的非轴对称微结构表面 超精密切削系统研究 王晓慧 孙 涛 (哈尔滨工业大学精密工程所，黑龙江 哈尔滨 150001) 摘 要：介绍了基于快速伺服刀架 (FTS)的微结构表面超精密金刚石车削加工系统，并利用该系统成功实 现了典型非轴对称结构正弦网格表面的加工。作为FTS的驱动元部件，压电陶瓷微位移驱动器的 迟滞、蠕变非线性特性大大影响了系统的动态性能与加工精度。因此，建立了基于拓展输入空间法 的FTS神经网络逆模型，并结合 PID反馈控制，实现了FTS的闭环控制。实验结果表明，该控制策 略可以有效提高FTS的动态性能，其跟踪误差小于150ilia，为微结构表面的加工提供了可靠的保 证。 关键词：非轴对称微结构表面 快速伺服刀架 神经网络逆模型 闭环控制 中图分类号：TG58 文献标志码 ：A Precisionturningofnon-symmetricmicro-structuredsurfacesbasedonFTS WANG Xiaohui，SUN Tao (CenterofPrecisionEngineering，HarbinInstituteofTechnology。Harbin150001，CHN) Abstract：A precisiondiamondturningsystem forfabricationofnon—symmetricmicro—structuredsurfacesbasedon fasttoo1servo(FTS)systemisproposed．Thefasttoolservoisdrivenbyapiezoelectricactuatoralong ． withacapacitivedisplacementsensor．Toovercometheinherentnon—linearityofthepiezoelectricactua— tor，aninversemodelofFTSisconstructedusingneuralnetworkandexpendedinputspace．Besides， PID ofedbackcontrolisalso implementedtoachievebettertrackingperformance．Actualtestingdata show thatthefollowingerrorislessthan150nm．Thefabricationofasinusoidalgridsurfacehasindica· tedtheeffectivenessofthefabricationsystem． Keywords：Non-symmetricMicro—structuredSurface；FastToolServo；NeuralNetwork InverseModel；Closed Loop Control 微结构表面是指具有特定功能的微小拓扑形状的 非常重要的研究方向。对于非轴对称微结构的金刚石 表面，其特征尺寸一般不大于微米级。这些微小拓扑 车削加工来说，机床不仅需要具有多 自由度即高次轨 形状具有高度规则的结构特征，这些特征与传统的表 迹联动控制能力，还需要具有 良好的高频动态响应性 面参数及统计特征不同，它们一般都有很大的深宽比。 能和很高的分辨率，传统的多轴联动机床很难满足其 这些表面结构使得元件表现出某些特定的性能，如光 要求。近几年来，随着驱动技术和控制技术的发展，出 学性能、粘附性、摩擦性、润滑性和耐磨损性等 ，并 现了快速刀具伺服技术(FastT