面向二十一世纪,制造技术为了满足航空航天、集成电子制造、MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems) 等高技术发展的要求,对加工精度和加工质量提出了更高的要求。精密加工技术是国家重点资助的研究领域,而高质量的微进给系统是实现精密加工的关键。本文紧密结合工程实际应用,以精密磨削加工机床为对象,拟在进一步提高磨床加工精度,其研究具有重要的理论价值和实用意义。 微进给工作台利用压电陶瓷的逆压电效应,具有比其它致动器更多的优点,如体积小、位移分辨率高、位移重复性好、响应速度快、输出力大、可采用相对简单的控制方式等,是目前微进给技术中广泛应用的驱动元件。本文以压电陶瓷位移特性、平行铰链和控制系统理论为基础,结合微位移传感技术,系统的研究面向精密加工的压电驱动微进给工作台的设计和应用,开发实用化压电驱动微进给装置。本文的主要工作及贡献如下: (1) 进行了微进给系统的总体方案设计: (2) 在柔性铰链分析基础上,设计了整体式微进给用铰链机构,并进行了测试。对柔性铰链和平行铰链运动副进行建模,并用有限元方法分析了采用柔性铰链的微进给工作台的静态、动态特性和振动特性; (3) 测试了压电陶瓷特性,进行了压电陶瓷性能分析与建模,给出了试验数据: (4) 进行微进给工作台的控制系统分析,开发微进给工作台闭环控制系统,以解决压电陶瓷迟滞、蠕变等非线性因素及外界环境干扰的闭环控制系统并进行了工作台测试。 在数控车床上应用微进给工作台进行工件的加工实验,微进给系统具有±0.1μm定位精度,得到Ra值为0.4μm。理论分析、有限元计算和实验结果说明了压电驱动微进给工作台系统设计与分析的正确性和有效性。