基于柔性铰链的新型快速伺服刀架设计 被引量：7

1

作者 孙涛 李国平 +1 位作者 娄军强 邱辉 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2016年第13期160-166,共7页

针对目前用于非圆精密加工的快速伺服刀架只能提供单向驱动力的问题,设计了一种基于柔性铰链的新型快速伺服刀架。建立了刀具放大结构的力学模型,利用理论力学的知识推导出刀具的放大率、刚度和固有频率解析式,并对实验刀具进行有限元... 针对目前用于非圆精密加工的快速伺服刀架只能提供单向驱动力的问题,设计了一种基于柔性铰链的新型快速伺服刀架。建立了刀具放大结构的力学模型,利用理论力学的知识推导出刀具的放大率、刚度和固有频率解析式,并对实验刀具进行有限元分析。为了验证理论计算和有限元分析结果的准确性,对刀具进行实验测试。测试结果显示,理论计算结果与实验结果的最大误差为14.87%,平均误差为12.635%,有限元分析结果与实验结果的最大误差为6.54%,平均误差为5.925%,表明理论计算和有限元分析的准确性。最后提出了一种快速伺服刀架参数的初选流程,为快速伺服刀架的研究提供一定的理论基础。 展开更多

关键词 柔性铰链 快速伺服刀架 理论模型 有限元分析

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双柔性支撑板快速伺服刀架优化设计及测试 被引量：6

2

作者 周京博 孙涛 侯国安 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期349-355,共7页

设计了一种基于双柔性支承板的快速伺服刀架用于金刚石车削加工非回转对称微结构表面,并对其性能进行了测试。根据约束条件推导了刀架柔性支承板的刚度解析表达式,同时给出了柔性板上最大Von Mises应力的计算公式。根据快速伺服刀架设... 设计了一种基于双柔性支承板的快速伺服刀架用于金刚石车削加工非回转对称微结构表面,并对其性能进行了测试。根据约束条件推导了刀架柔性支承板的刚度解析表达式,同时给出了柔性板上最大Von Mises应力的计算公式。根据快速伺服刀架设计指标,优化了柔性支承板的结构参数,并根据上述结构参数,加工得到了快速伺服刀架。最后,搭建了快速伺服刀架控制系统,测试了它的静态及动态特性。测试结果表明,设计的快速伺服刀架的刚度为53N/μm,最小运动分辨率为3nm,工作行程可达20μm。另外,它的稳态跟踪误差小于4nm,开环带宽为2kHz,一阶固有频率可达3kHz。测试结果不仅验证了所述设计方法的正确性,也表明采用双柔性支承板结构是设计高刚度、高精度微位移机构的一种有效方法。 展开更多

关键词 金刚石车削 快速伺服刀架 柔性支撑板 刚度 Von Mises应力 静态性能 动态性能

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快速伺服刀架迟滞特性的Preisach建模(英文) 被引量：5

3

作者 王晓慧 孙涛 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期1421-1425,共5页

使用压电陶瓷作驱动元部件的快速伺服刀架是一种新的加工手段。本文介绍了基于Preisach模型的快速伺服刀架迟滞特性建模方法。作为快速伺服刀架的驱动元部件,压电陶瓷微位移器自身的迟滞、蠕变等非线性特性严重影响了快速伺服刀架的动... 使用压电陶瓷作驱动元部件的快速伺服刀架是一种新的加工手段。本文介绍了基于Preisach模型的快速伺服刀架迟滞特性建模方法。作为快速伺服刀架的驱动元部件,压电陶瓷微位移器自身的迟滞、蠕变等非线性特性严重影响了快速伺服刀架的动态性能。为了精确建立快速伺服刀架的迟滞模型,给出了Preisach模型的数字表达方式,通过一系列实验测得的数据证明快速伺服刀架系统具有一致特性与擦除特性,满足Preisach模型的两个必要条件,最后在实验数据的基础上建立了基于Preisach模型的迟滞特性模型。实验表明,该迟滞模型可以很好地预测快速伺服刀架的迟滞位移曲线,其预测误差不超过0.65μm。 展开更多

关键词 快速伺服刀架 压电陶瓷微位移器 PREISACH模型

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面向快速伺服刀架的柔性铰链结构优化设计

4

作者 周欢伟 《机床与液压》 北大核心 2013年第13期116-119,共4页

在机械超精密加工中,以压电陶瓷驱动柔性铰链的快速伺服刀架系统是保证加工精度和效率的关键系统之一。根据柔性铰链在该系统工作过程中频率高、加速度高的特点,分析选择其缺口形式的原则,设计柔性铰链对称的拓扑结构,建立柔性铰链的动... 在机械超精密加工中,以压电陶瓷驱动柔性铰链的快速伺服刀架系统是保证加工精度和效率的关键系统之一。根据柔性铰链在该系统工作过程中频率高、加速度高的特点,分析选择其缺口形式的原则,设计柔性铰链对称的拓扑结构,建立柔性铰链的动态数学模型,利用解析方程求解符合满足加工要求的放大倍数。最后根据柔性铰链要求有较好的热稳定性及柔度等特性,借助Ansys仿真出压电陶瓷的驱动力与柔性铰链的微位移之间的关系。 展开更多

关键词 快速伺服刀架 柔性铰链 放大倍数 拓扑结构 优化

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基于RBF神经网络的快速伺服刀架迟滞特性建模 被引量：1

5

作者 王晓慧 丁智 +2 位作者 刘宝权 王军生 张岩 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第A01期217-220,共4页

为了减小压电陶瓷固有的迟滞非线性特点对快速伺服刀架(FTS)控制精度的影响,提出了一种基于RBF神经网络的快速伺服刀架迟滞特性建模方法.利用拓展输入空间法建立了FTS迟滞系统的RBF神经网络模型,通过引入指数型迟滞算子,将FTS系统的输... 为了减小压电陶瓷固有的迟滞非线性特点对快速伺服刀架(FTS)控制精度的影响,提出了一种基于RBF神经网络的快速伺服刀架迟滞特性建模方法.利用拓展输入空间法建立了FTS迟滞系统的RBF神经网络模型,通过引入指数型迟滞算子,将FTS系统的输入与迟滞算子的输出一起作为RBF神经网络的输入向量,实现了FTS迟滞系统由多值映射到单值映射的转换,进而利用神经网络对其进行建模.为了更精确地跟踪快速伺服刀架的迟滞位移曲线,通过增加调整系数σ来对迟滞算子进行改进.实验表明,该迟滞模型可以很好地预测快速伺服刀架的迟滞位移曲线,模型的验证均方差MSE=5.163 3×10-6. 展开更多

关键词 快速伺服刀架 迟滞算子 RBF神经网络迟滞模型

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双向二维快速伺服刀架的前馈控制研究 被引量：2

6

作者 武志士 李国平 +3 位作者 邓益民 赵琪啸 徐少岩 杨依领 《压电与声光》 CAS 北大核心 2022年第2期327-332,共6页

以压电陶瓷驱动器作为动力输入的快速伺服刀架具有输出力大和高频率响应的优点。压电陶瓷驱动器固有的迟滞现象严重影响了快速伺服刀架的输出定位精度。为解决此问题,通过引入归一化Bouc-Wen模型建立前馈控制补偿器,归一化Bouc-Wen模型... 以压电陶瓷驱动器作为动力输入的快速伺服刀架具有输出力大和高频率响应的优点。压电陶瓷驱动器固有的迟滞现象严重影响了快速伺服刀架的输出定位精度。为解决此问题,通过引入归一化Bouc-Wen模型建立前馈控制补偿器,归一化Bouc-Wen模型解决了经典Bouc-Wen模型中存在的参数冗余问题。获得模型参数后,基于其逆模型搭建了前馈补偿器,并在搭建的实验平台上进行了单/双自由度轨迹跟踪性能测试。实验结果表明,对于等幅正弦波信号,经前馈控制环节补偿下快速伺服刀架的最大轨迹跟踪误差为1.18%,最大轨迹跟踪偏差为2.61%,证明该文所提出的前馈控制补偿器能提高快速伺服刀架的定位精度。 展开更多

关键词 快速伺服刀架 BOUC-WEN模型 迟滞特性 前馈控制 压电陶瓷驱动器

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双向压电驱动的二维快速伺服刀架 被引量：2

7

作者 赖文锋 李国平 +2 位作者 武志士 娄军强 杨依领 《压电与声光》 CAS 北大核心 2021年第1期88-93,共6页

快速伺服刀架能够提供精确、快速的微纳米级运动。为了获得双向和二维运动,该文研制了一种双向压电驱动的二维快速伺服刀架。该刀架采用对称结构设计,结合柔顺放大机构和位移解耦机构,末端执行机构实现较大的输出位移,同时减小耦合位移... 快速伺服刀架能够提供精确、快速的微纳米级运动。为了获得双向和二维运动,该文研制了一种双向压电驱动的二维快速伺服刀架。该刀架采用对称结构设计,结合柔顺放大机构和位移解耦机构,末端执行机构实现较大的输出位移,同时减小耦合位移。基于伪刚体模型,建立快速伺服刀架的静力学和动力学模型,得到机构的输出位移、输出耦合比、最大应力和固有频率。通过有限元仿真验证了模型的正确性。最后,采用电火花线切割加工快速伺服刀架原型样机,并搭建了实验测试系统。实验结果表明,快速伺服刀架在x、y方向的位移放大率分别为3.56和3.57;输出耦合误差分别为1.26%和1.00%,装配压电陶瓷驱动器后系统在x、y方向的一阶固有频率均是270 Hz,系统动态性能良好。 展开更多

关键词 快速伺服刀架 柔顺机构 二维运动 有限元分析 压电陶瓷驱动器

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高频响伺服刀架的建模与控制 被引量：2

8

作者 李国平 孙涛 +1 位作者 邱辉 陈彬 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期1991-1999,共9页

考虑目前应用压电陶瓷驱动器的伺服刀架只能提供单向驱动力,设计了一种基于双压电陶瓷驱动器的快速伺服刀架。涉及的两个压电陶瓷驱动器分别为刀具的进给和回复提供驱动力,其呈对称布置,用于有效提高刀架的整体刚度。为了对两个压电陶... 考虑目前应用压电陶瓷驱动器的伺服刀架只能提供单向驱动力,设计了一种基于双压电陶瓷驱动器的快速伺服刀架。涉及的两个压电陶瓷驱动器分别为刀具的进给和回复提供驱动力,其呈对称布置,用于有效提高刀架的整体刚度。为了对两个压电陶瓷驱动器进行联动协调控制,建立了PI迟滞模型和其逆模型,并设计了相应的联动协调控制方法。利用PI逆模型作为PID反馈控制的前馈环节构成复合控制用于调节快速伺服刀架的输出位移。实验验证了新型快速伺服刀架的响应频率、响应时间、位移响应特性和定位精度。结果显示:新型快速伺服刀架的响应频率为871.86 Hz,响应时间为0.000 45s;三角波信号的最大定位误差为3.366 1μm,误差百分数为7.63%,平均绝对误差为0.698 0μm,误差百分数为1.58%;正弦波信号的最大定位误差为3.244 4μm,误差百分数为7.67%,平均绝对误差为0.930 9μm,误差百分数为2.20%。 展开更多

关键词 快速伺服刀架 双压电陶瓷驱动器 PI模型 高频响应

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台式超精密车床关键部件结构设计 被引量：1

9

作者 杨元华 陈时锦 +1 位作者 孙西芝 程凯 《机床与液压》 北大核心 2007年第5期1-3,共3页

随着系统小型化已不断的成为一种趋势,微小精密零部件在很多领域都显示出越来越广阔的应用前景。目前,多数微小精密零部件都是由大型超精密机床加工的,由于大型超精密机床成本高,并难以控制其外界环境,使得其加工成本很高,因此,研制了... 随着系统小型化已不断的成为一种趋势,微小精密零部件在很多领域都显示出越来越广阔的应用前景。目前,多数微小精密零部件都是由大型超精密机床加工的,由于大型超精密机床成本高,并难以控制其外界环境,使得其加工成本很高,因此,研制了台式超精密车床。本文介绍了该车床关键部件的设计,包括空气主轴、进给机构、快速伺服刀架等。该机床精度达亚微米级,不仅促进了微小型产品的制造与研究,而且加速了制造业的发展。 展开更多

关键词 超精密机床 进给机构 快速伺服刀架

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UMAC时基控制原理及其在非轴对称微结构表面切削中的应用 被引量：2

10

作者 王晓慧 孙涛 《机床与液压》 北大核心 2012年第1期23-25,共3页

针对非轴对称微结构表面加工的实时性要求,采用压电陶瓷驱动的快速伺服刀架(FTS)作为微进给机构,实现刀具沿z向高频响、短行程的快速精密进刀运动,并构建了基于UMAC多轴运动控制器的微结构车削数控系统。应用UMAC的时基控制功能实现快... 针对非轴对称微结构表面加工的实时性要求,采用压电陶瓷驱动的快速伺服刀架(FTS)作为微进给机构,实现刀具沿z向高频响、短行程的快速精密进刀运动,并构建了基于UMAC多轴运动控制器的微结构车削数控系统。应用UMAC的时基控制功能实现快速伺服刀架(FTS)进给与主轴转角θ的同步,来完成非轴对称微结构表面的加工。 展开更多

关键词 非轴对称微结构表面 快速伺服刀架 UMAC 时基控制

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基于FTS的非轴对称微结构表面超精密切削系统研究

11

作者 王晓慧 孙涛 《制造技术与机床》 CSCD 北大核心 2011年第7期90-93,共4页

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... 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150nm,为微结构表面的加工提供了可靠的保证。 展开更多

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

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基于BP神经网络的FTS输出控制 被引量：4

12

作者 吕雪军 李国平 +2 位作者 胡力 娄军强 吕俊智 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第7期77-85,共9页

针对压电伺服刀架系统存在着固有的灵敏度低和加工过程中的一系列振动等问题,采用神经网络优化算法,提出了一种新型压电伺服刀架位移输出控制技术。获得系统传递函数,探究其内部联系,输出PID闭环阶跃响应曲线。借助于PID控制器,采用BP... 针对压电伺服刀架系统存在着固有的灵敏度低和加工过程中的一系列振动等问题,采用神经网络优化算法,提出了一种新型压电伺服刀架位移输出控制技术。获得系统传递函数,探究其内部联系,输出PID闭环阶跃响应曲线。借助于PID控制器,采用BP神经网络算法实现对于该系统的闭环控制。实验结果表明:传统PID控制系统对刀架平台进行控制后,刀架平台输出位移误差降低,平均误差为0.174 3μm,达到稳态值时的响应时间为0.36 s。而BP神经网络PID控制技术可以将平均误差缩小至0.112 6μm,响应时间大幅度减少为0.15 s,相对于传统控制技术的响应速度、超调量等性能进行了显著改善,同时,综合考虑了具体控制过程中的可靠性。 展开更多

关键词 快速伺服刀架系统 BP神经网络 PID控制器 精密定位 振动控制

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微结构表面车削多轴联动数控系统的研究 被引量：4

13

作者 丁智 王立功 王晓慧 《控制工程》 CSCD 北大核心 2011年第S1期18-20,26,共4页

微结构表面是指具有特定微小拓扑形状的功能表面,在民用和军用工业领域有着广泛的应用。利用快速伺服刀架(FTS)作为精密微位移加工模块来车削加工微结构表面的方法已经成为微结构表面切削加工的一种主流技术,建立相应的多轴联动数控系... 微结构表面是指具有特定微小拓扑形状的功能表面,在民用和军用工业领域有着广泛的应用。利用快速伺服刀架(FTS)作为精密微位移加工模块来车削加工微结构表面的方法已经成为微结构表面切削加工的一种主流技术,建立相应的多轴联动数控系统是实现非回转对称微结构表面加工的前提条件。利用PC机及基于DSP的运动控制器(UMAC)构成双CPU的开放式数控系统,设计并搭建用于非回转对称微结构表面加工的多轴联动数控系统,利用UMAC控制器的时基触发控制功能实现了快速伺服刀架与主轴转角及X轴进给的精确同步功能。利用该多轴联动数控系统成功实现了复杂微结构表面的超精密车削加工,所加工正弦网格微结构表面的粗糙度达到了8.6 nm。 展开更多

关键词 微结构表面 多轴联动数控系统 快速伺服刀架 超精密车削

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基于PMAC时基控制的离轴抛物面超精密加工技术 被引量：8

14

作者 何坚 郭泽龙 +3 位作者 罗松保 李喆 韩海涛 马善意 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期1891-1898,共8页

为了实现对离轴抛物面等非回转对称、不规则复杂曲面零件的金刚石超精密车削成型。本文提出了一种基于PMAC时基控制的离轴抛物面加工方法。论文首先依据平移旋转方程对工件的坐标进行转换,然后根据时基控制原理计算控制参数,最后通过分... 为了实现对离轴抛物面等非回转对称、不规则复杂曲面零件的金刚石超精密车削成型。本文提出了一种基于PMAC时基控制的离轴抛物面加工方法。论文首先依据平移旋转方程对工件的坐标进行转换,然后根据时基控制原理计算控制参数,最后通过分析刀具的运动过程进行了工艺试验。实验结果表明,在主轴转速96 r·min^(-1)时,切削深度0.005 mm,刀具进给率1 mm·min^(-1)等切削参数进行加工时,成功地获得面形精度2μm,粗糙度Ra为0.02的离轴抛物面。该方法不仅适用于离轴抛物面的加工,还适用于其它回转对称、不规则的自由曲面的超精密加工。 展开更多

关键词 离轴抛物面 快速伺服刀架 PMAC 时基控制

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考虑动态特性的快刀虚拟加工与参数优化选择

15

作者 冯宗杰 《制造技术与机床》 北大核心 2018年第12期127-131,共5页

快速伺服刀架固有的动态特性是影响面形精度的主要因素,为了定量研究伺服刀架动态性能对面形精度的影响,分析了快速伺服车削特性,提出以系统的观点来进行虚拟加工并给出了快刀虚拟加工流程和参数优化选择流程,伺服刀架的闭环动态辨识模... 快速伺服刀架固有的动态特性是影响面形精度的主要因素,为了定量研究伺服刀架动态性能对面形精度的影响,分析了快速伺服车削特性,提出以系统的观点来进行虚拟加工并给出了快刀虚拟加工流程和参数优化选择流程,伺服刀架的闭环动态辨识模型对于数据模型的响应即为虚拟加工面形。介绍了基于MATLAB的数据模型生成及动态辨识模型获取方法,在此基础上,进行了实例仿真。仿真结果表明:伺服刀架的动态特性使得加工面形存在一定幅值衰减和相位滞后,不同加工参数下的幅值衰减和相位滞后差别较大。定量分析结果有助于加工参数的优化选择,为下一步研究超精密快速车削的工艺优化,以及精密高效加工提供指导和依据。 展开更多

关键词 快速伺服车削刀架 闭环辨识模型 数据模型 虚拟加工

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