多足箝位式压电直线电机的研究

提出一种基于尺蠖式原理的多足箝位式压电直线电机。对电机的工作原理和机械结构进行介绍和分析,给出了该电机输出力的计算公式,并对电机进行了试验研究。该电机有效降低了该类驱动器的加工和装配的要求,增强了电机运行的稳定性。     

拉压负载下的大推力压电直线作动器

为解决压电直线作动器在受到拉力和压力负载时的驱动问题,本文提出了一种双向压电直线作动器。该作动器主要采用双向螺旋箝位原理,实现双向大推力作动。结构上,将两个压电叠堆对称布局,梯形丝杠螺母组成螺旋箝位,匹配二者驱动时序实现压力和拉力下的驱动。为研究双向尺蠖驱动机理,设计了双向螺旋箝位机构和作动器总体结构;而螺旋箝位作为尺蠖驱动的关键因素,为了准确地表达箝位的可靠性,研究了力矩电机与柔性联轴器及压电叠堆的匹配关系,并通过ANSYS软件对箝位功能进行了仿真分析。设计加工的样机机身总长为233mm,最大外径为63mm,质量为1.1kg。搭建样机的测试系统,试验表明:该作动器的最大输出力可达190N,最高速度可达2.58mm/s,行程为60mm。     

尺蠖式直线微驱动器的设计

针对普通尺蠖式直线微驱动器运动速度低和输出力小等问题,基于柔顺机构设计了一种新型尺蠖式直线微驱动器。微驱动器由箝位机构、驱动机构和输出轴组成,其运动特点是驱动机构驱动箝位机构进行往复直线运动,箝位机构带动输出轴作直线运动。箝位机构和驱动机构均采用柔性杠杆结构,保证了微驱动器所需的箝位力与驱动力,并提高了其运动速度。采用伪刚体方法建立了驱动电压与箝位力、驱动机构输入位移与输出位移之间的关系,根据功能原理建立了输入力与驱动力之间的关系并制作了样机,搭建了实验测试系统进行性能测试,测试结果表明,驱动器最大箝位力为216.43N,最大驱动力为13.5N,在驱动电压120V,频率95Hz时,达到最大速度48.91mm/s。     

基于压电叠层振动的一种直线电机的设计

设计了一种利用压电叠层的微幅振动的新型压电直线电机。分析了非共振状态下电机的工作机理,设计了电机的定子结构和总体结构。利用有限元软件对驱动足进行仿真分析,得到了柔性结构的最佳尺寸。制作了样机并进行测试,试验表明电机的运行速度随激励频率和激励电压的增加而增加,且在一定阈值内近似成线性关系。当驱动电压峰峰值为100 V、频率为1.6 kHz时,电机的空载速度可达2.8 mm/s,最大推力可达3.5 N。该电机工作频带宽、驱动电压低,对电机的结构精度和加工精度要求不高。     

杠杆式尺蠖压电直线驱动器

设计了一种基于尺蠖运动原理的压电直线驱动器,用于解决光学领域中的精密定位问题。该驱动器采用了对称杠杆式位移放大机构,在保证钳紧力的同时,可以获得较大的驱动位移。阐述了尺蠖式压电驱动器的工作原理,对杠杆式柔性放大机构的位移损失、压电陶瓷与柔性机构的耦合特性及箝位机构与中间驱动机构的刚度进行了分析。利用有限元软件Ansys对钳位机构和驱动机构的变形、应力、输出位移和固有频率等参数进行了仿真分析。最后,搭建了实验平台,测试了驱动器的各项性能。测试结果显示,该驱动器的行程为±25mm,钳紧力为17N,承载力为11N,最大和最小步距分别为55μm和60nm。当驱动电压为150V时,驱动器的最高驱动速度为1.259mm/s。得到的性能指标满足光学领域精密定位需要。     

旋转尺蠖压电电机驱动机构自由振动分析

提出了一种新型旋转尺蠖压电电机。考虑旋转尺蠖压电电机驱动机构为连续系统,建立了驱动机构动力学模型;利用该动力学模型求解了样机驱动机构的固有频率和模态函数。分析了系统参数对驱动机构固有频率的影响规律,为旋转尺蠖压电电机的设计打下了理论基础。     

双足步进作动压电直线电机的工作机理及试验

大行程和高精度是半导体加工、光波导封装等现代精密制造领域对作动器提出的新要求,在传统作动器中这两个特性往往相互矛盾从而难以同时具备。为获得满足这一要求的作动器,基于叠层压电堆器件的特点提出了一种新型步进压电直线电机的原理,详细分析了它的作动机理,该原理方案具有较大的作动行程和较高的步进分辨率,同时其输出推力与预压力成正比,有望获得较大的推力和自锁力。在原理分析的基础上,设计了电机的结构方案并加工了样机,讨论了该电机对装配的特殊要求并对样机的装配进行了验证试验,样机作动试验结果验证了该原理方案的可行性,并且在直流偏置50 V、峰峰值为100 V、频率10 Hz的正弦电压激励下,样机的平均速度达63.3μm/s,这与理论计算的相对偏差为6.9%。     

非共振式压电直线电机中的防剪切机构

基于叠层压电陶瓷在使用中需要设计防剪切机构的特点,在总结非共振式压电直线电机的工作原理的基础上,对3种不同的防剪切机构进行了理论分析,结合已有的样机研究了其对非共振电机运动性能的影响,概述了其优势与劣势。在理论仿真分析中,得到最佳的机构形式,并对其进行结构优化,将最佳方案运用于定子结构中,制作了样机,实验结果验证了理论分析的正确性。新型样机在输入100V,100Hz的方波-三角波信号时,电机正向运动速度为209.1μm/s,反向运动速度为210.3μm/s。     

离心玻璃棉板钻孔机构设计及仿真

对离心玻璃棉板钻孔机构的基本构成与工作原理做了简要的介绍,并且设定了相应的运动参数。利用SolidWorks软件对该机构的零件三维建模并完成了该机构的虚拟装配。利用COSMOSMOtion软件对简化的装配模型添加适当的约束,将其变成虚拟样机模型。完成该虚拟样机模型的运动仿真,得到了各个零件精确的运动曲线。通过对仿真数据的分析,得出的结论是该机构的各零件运行平稳,仿真数据与理论数据比较吻合,符合设计要求。仿真数据为进一步优化该机构提供了一定的参考依据。     

基于导通角调节的双足式尺蠖电机驱动

为了解决尺蠖电机难以兼顾高速和高精度的问题,提出一种基于导通角调节的驱动方法,对V形双足式尺蠖电机的机电耦合模型、驱动方法和运动机理等进行了研究。根据设计的V形双足式尺蠖电机结构建立其机电耦合模型,基于导通角调节确定尺蠖电机驱动方法。分析V形双足式尺蠖电机运动机理,并搭建实验平台进行实验验证。实验结果表明:在一定允许误差的范围内,实验结果与理论推导相符,验证了驱动方法的合理性与可行性。引入导通角,最小步距由500 nm降低到330 nm,降低了34%;通过同时调节频率f和导通角α,可使电机具备0.5 mm/s的最大驱动速度和330 nm的最小步距的能力。引入变量导通角α,成功实现了电机步距和驱动速度的独立调节。     

Development of a linear electrostrictive servo motor

This paper presents a linear electrostrictive servo motor with high resolution and large stroke for ultra-precision motion control. High thrust force is obtained by making use of an electromagnetic clamping mechanism with force magnifying structure in the motor design. An operator alterable iterative learning control algorithm is proposed for the motion control of the motor. A prototype is designed, fabricated and tested. Experimental results show that the prototype has a mechanical resolution of 0.02 μm, yaw error less than 2 μm and maximum thrust force of 30N. Applications of the motor include producing the servo feed motions required in micro electrical discharge machining (micro-EDM) system or as a motion control device for other precision machining systems.     

基于NX Nastran仿真分析的压铸框架装夹设计

针对镂空结构件压铸框架粗加工精度差和返修率高的问题,采用NX Nastran仿真分析法模拟了装夹变形量,确定了装夹施力的工装设计,并提出了解决方案。对改进方案进行NX Nastran仿真分析,模拟并试验验证了装夹变形量满足工艺及设计技术指标要求。对粗精加工分别设计了专用工装,模拟仿真和加工试验表明,粗加工精度达到工艺要求,精加工精度由技术指标要求的IT6级提高到IT5级。     

飞机壁板柔性装配螺旋铣孔单元的研制

针对现代飞机壁板高效精密制孔的需求,研制一种面向大型航空组件柔性装配的新型螺旋铣孔单元。首先,通过对国内外现有机身自动制孔系统的技术分析,并结合壁板装配制孔的作业特点,引入一种新兴的制孔技术——螺旋铣孔。其次,对螺旋铣孔运动进行功能分解,展开了螺旋铣孔单元的模块化设计,确定了偏心调节模块的传动方案,设计了铣刀结构与装夹方式。最后,基于螺旋铣孔单元样机,对航空铝合金和碳纤维复合材料进行了切削试验,结果表明铣孔质量基本满足飞机装配的精度要求。     

不规则钣金件加工

对一不规则钢板零件的加工方法进行分析,此钢板零件设计时摆放位置主要考虑装配要求,在机械加工和检验时有很大的难度,容易产生变形尺寸。分别从设计基准与工艺基准转换和选择加工方式、装夹方式来解决加工和检验难题。     

双振子弯曲模态直线超声电机的结构设计

通过直线超声电机的结构形式和夹持方式的设计,改善电机的速度稳定性。提出了一款新型直线超声电机。该电机采用矩形板结构,它仅利用了矩形板结构的弯曲振动,有利于提高电机的输出效率;采用双振子结构,有利于提高电机双向速度一致性;单个振子采用一端铰支的夹持方式,有利于提高电机的结构稳定性和速度稳定性。探讨了定子的夹持形式对定子的运动自由度、结构稳定性和速度稳定性的影响规律,提出了有利于结构稳定、速度稳定的定子形式和加持方式;通过ANSYS仿真估算定子振动的对称和反对称模态频率,通过结构优化提高两相模态频率一致性。     

高速加工工具系统夹紧机构分析

介绍了高速加工工具系统的三种典型夹紧机构及其夹紧力放大效果。针对HSK高速加工工具系统的结构特点,详细分析了其夹紧机构的夹紧力。     

高速切削技术在薄套类零件加工中的应用研究

从薄套类零件的加工效率、加工精度与安全性等角度出发,探讨了薄套类零件高速切削的效率和加工精度的影响因素,分析了加工中的优势和可行性;针对此类零件刚性差、加工中易产生振动和夹紧变形的工艺特点及生产实际要求,对高速切削加工中存在的工艺问题进行了分析,给出了具体的解决措施;生产实际表明,在薄套类零件的加工中采用高速切削技术,加工效率高,品质好。     

加工中心专用夹具设计的研究

针对加工中心的加工工艺特点,提出了定位基准的选择,工件的安装原则及工件夹紧的要求,总结了加工中心夹具的设计要点,以保证加工品质,提高生产效率。利用好这些柔性设备就必须设计一个合适的加工中心夹具,以最大限度地发挥加工中心的性能。在实践中摸索和总结了一些加工中心工艺装备设计的经验。     

直线电机直接驱动技术在精密加工中的应用

直线电机直接驱动系统具有结构简单、动态响应快、速度和加速度大、精度高、振动和噪声小等一系列优点,是各类高速精密机床的理想传动方式。介绍了直线电机的工作原理与结构类型及其在高速精密加工中的应用状况、存在的问题和解决方案。