A 3-axis precision positioning device using PZT actuators with low interference motions

For expected applications of fast tool servo (FTS) and vibration machining, a 3-axis positioning device with low interference motions is proposed in this paper. The positioning device was composed of a XY stage and a Z-axis stage, which were actuated by piezoelectric (PZT) actuators combined with specially-designed symmetric flexure hinges. Through fundamental experiments, when the applied voltage was 50 V, the displacements along the X-, Y-, and Z-axes were measured as 6.35 μm, 6.61 μm, and 10.12 μm, respectively, with the corresponding small percentages of interference displacement of 3.80%, 4.02%, and 3.30%. In addition, the resonant frequencies were obtained as 1.06 kHz, 0.65 kHz, and 0.54 kHz. To examine control performances, a real-time control system considering hysteresis effect of PZT actuators was implemented by the field-programmable gate array (FPGA) modules to conduct tracing controls for sinusoidal waveform, 3D Lissajous motion, and 3D spiral motion. The tracing errors along 3-axis actuations were under 30 nm. The performances of a 3-axis positioning device were well demonstrated. Future work is to perform machining examinations on a machine tool.     

二维精密定位系统的误差分析与补偿

针对所设计的基于运动控制卡的精密定位平台,提出了一种测量系统总体误差状况的方法,通过对精密定位系统中宏动平台进行定位误差的测量和分析,根据测量的误差情况提出了误差补偿的方法,采用闭环控制对系统的误差进行补偿,使其定位精度得到了大幅的提高.     

双轴转台分度误差检测与辨识技术

以自行研发的小规格五轴联动加工中心为例,分析了双轴转台的各项误差。简单介绍了Renishaw回转轴测量系统的构成、工作原理,并详细说明了利用该系统检测A轴与C轴分度误差的方法。利用该方法在我公司的五轴联动加工中心样机上对双轴转台进行分度误差检测,实践证明该方法具有检测精度高、检测重复性好、检测效率高等优点。     

提高精密工作台定位精度的温度补偿研究

精密定位工作台温度的变化直接影响工作台的定位精度。通过建立精密定位工作台热膨胀模型,分析工作台在不同固定方式下的温度变化对定位精度的影响,给出了基于温度精密测量的工作台定位精度实时补偿方法,并通过实验对补偿方法的效果进行了验证,证明方法有十分明显的补偿效果。     

用于二维精密定位工作台的微位移机构设计

微位移技术是精密机械与仪器的关键技术之一.本文介绍精密定位系统中的典型微位移机构,分析常用机构的特点及存在问题,并以平行板柔性铰链为基础,通过对其结构的优化,设计应用于扫描探针系统的二维定位工作台,并利用有限元方法对该工作台静态特性进行了仿真分析.     

精密定位技术研究

精密定位技术广泛应用于精密仪器、机械和机床、IC工艺制造、计算机外围设备.其特点是精度和分辨率高,台面尺寸从小到大,品种繁多,大多有自动化操作要求,需要集成许多高性能高品质机械零部件,高分辨力检测元器件,因此制作难度大,投资大.过去精密定位的精度和分辨率已从毫米量级过渡到了微米、从亚微米进入到了纳米量级.本文概述了获取高精度定位精度的支撑关键技术.介绍了基于宏微二级叠加方式的控制系统,研制的宏动工作台用精密滚珠丝杠螺母传动,由交流伺服驱动器驱动,配备反射式光栅检测元件,构成伺服反馈系统, 并对其实际误差曲线进行线性补偿之后,可将定位误差从76 μm降低到3 μm;再在宏动工作台面上安装高精度的微动载物台,由计算机进行宏微切换,从宏运动过渡到微运动方式,可实现大行程纳米量级精密定位.     

五自由度纳米级定位精度机构的研制

提出一种新型的五自由度精密定位平台的工作原理及其设计方法。工作台采用压电陶瓷作为驱动元件，柔性导向机构实现平移及转动功能。整个工作台可由整块金属材料通过线切割加工制成，实现一体化加工，而且结构紧凑。并给出导向机构刚度计算公式及设计实例。     

A piezoelectric motor for precision positioning applications

This study presents a novel precise piezoelectric motor capable of operating in either an AC drive mode or DC drive mode. In the AC drive mode, the motor acts as an ultrasonic motor which is driven by two orthogonal mechanical vibration modes to generate elliptical motion at the stator to push the slider into motion. In the DC drive mode, stick-slip friction between the stator and slider is used to drive the motor step-by-step. The experimental results show that the AC drive mode can drive the motor at a high moving speed, while the DC drive mode can simply drive the motor with a nanoscale resolution. In our experiments, a prototype motor is fabricated and its actions are measured. The results demonstrate that in the AC drive mode, the piezoelectric motor can achieve a 106 mm/s speed without a mechanical load and a 34 mm/s speed with 340 g of mechanical load when applying two sine waves with a drive of 11.3 V at 38.5 kHz. Meanwhile, in a DC driving mode, the motor is capable of performing precision positioning with a displacement resolution of 6 nm when driving at 100 Hz.     

带高增益观测器的高精度镜筒定位系统

以长焦距斜视相机俯角系统为研究对象,针对高动态下自准直检焦镜筒定位精度不高的问题,提出了一种基于高增益观测器的多环路控制策略。首先,根据俯角控制系统开环幅频特性曲线,建立了俯角位置控制系统的数学模型,从控制理论角度分析了所设计控制策略的可行性;然后,通过实际系统进一步验证了所设计控制策略的可靠性。实验表明,高增益观测器能够很好地估计镜筒在非惯性空间下的角速度和角加速度状态;相比于双闭环控制方法,本文提出的控制策略可将俯角位置控制扰动最大误差减少96.3%,保证了镜筒的检焦位置定位精度优于0.05°,因此具有较好的工程应用价值。     

Development of the end-effector measurement system for a 6-axis welding robot

We develop a new measurement system which can measure position and orientation of the end-effector of a six-axis welding robot. The developed measurement system consists of five digital probes. The measurement values from the digital probes are transformed into position and orientation of the end-effector with consideration of measurement system kinematics. Calibration procedure is applied to the probe system and accuracy of the system is measured. After the calibration, the positional accuracy is observed as 0.025mm, and the orientational accuracy is 0.075°, respectively. By using the developed measurement system, we present an experimental result for controller gain tuning about a welding robot. We used Taguchi method to find optimal gain set and succeeded to suppress the fluctuation of the end-effector. The fluctuation with high frequency can be reduced by 54% after gain tuning.     

大型叶片六轴数控砂带磨床设计及模态分析

针对叶片精密加工中存在的诸多问题,利用机械仿真分析软件Inventor建立了TX-6型叶片六轴数控砂带磨床的总体结构模型,规划了磨削运动轨迹;并建立了有限元模型,进行了静刚度和模态分析。设计的六轴数控砂带磨床经检验合格,达到了国内外领先水平。     

精密双层叶轮的五轴数控加工技术研究

在数控加工领域,复杂叶轮的加工技术一直是难点。针对特殊精密双层叶轮加工精度要求高,叶片厚度薄且间距小等技术难点,采用Mastercam2019软件编程和MIKRON UCP 800 Duro五轴联动加工中心设备对精密双层叶轮加工技术进行深入的讨论和研究。对精密双层叶轮加工进行工艺规划,并进一步地优化了加工轨迹和刀具加工参数;生成了优化的加工指令,并在仿真软件中对精密双层叶轮进行虚拟仿真,确保加工指令的正确性。最后,通过五轴联动加工中心完成了精密双层叶轮的实体加工,未发生刀具干涉、过切等问题,完全满足叶轮的尺寸精度和表面质量要求,为小而薄的精密双层叶轮加工提供了借鉴。     

旋转屏蔽塞控制系统设计及定位精度分析

阐述中国实验块堆旋转屏蔽塞控制系统原理、设计结构特点及定位精度分析。     

纳米级精密定位工作台研究

为实现压印设备的精密加工,应尽可能地提高工作台的定位精度.通过合理选材,设计出具有六自由度的工作台,并分析工作台定位精度的影响因素,通过误差分析,得到能够满足纳米级定位精度的工作台结构参数.     

五轴磨床加工精密球面的磨削形态及运动分析

为了了解五轴磨床中杯形砂轮用于球面工件磨削的特点,通过坐标变换方法,给出了加工球面时杯形砂轮一点的磨削轨迹方程;基于轨迹方程,分析了磨削形态与加工参数之间的关系,导出螺距公式,提出条纹主带概念;最后进行了运动学分析,并依据杯形砂轮平面磨削实验结果,给出了杯形砂轮的理论磨削力变化曲线.分析表明,杯形砂轮加工球面的磨削形态近似对称,但磨削条件是不对称的.     

直线伺服电机在精密驱动与定位平台中的应用

以安川直线伺服电机在表面缺陷视觉检测系统中的应用为例,介绍了多轴直线伺服电机在精密驱动与定位平台中的应用技术,分析了直线伺服电机和伺服驱动器的定位与运动性能,论述了安川直线伺服电机驱动系统运行的实现方法,包括系统的初始化、编写运动程序,将HMI、运动控制器和PC组成局域网,实现三者之间数据查看与修改,及远程控制多轴电机运行、查看实时运行情况和对报警进行处理等功能。     

利用补偿提高精密定位平台的定位精度

系统误差在较大程度上影响精密定位平台的定位精度,必须采取适当措施进行消除。反相补偿法可以大幅度消除系统误差的影响,是一种易行有效、花费较少的补偿手段。运用反相补偿法原理,从误差曲线中分离出系统误差并与其反相曲线叠加以消除系统误差的影响。给出了对精密定位平台宏动工作台和微动工作台进行补偿的具体实例,补偿后定位精度分别从17.4μm提高到1.3μm和从137.6 nm提高到22.2nm。理论分析和实验结果都表明,反相补偿法对于降低系统误差十分有效,但对于随机误差效果不佳。     

钛合金薄壁微铣削精度研究现状与发展趋势

随着航空、航天、船舶等工程领域对具有薄壁结构的钛合金零件需求的不断提高,加工效率相对较高且适用于曲面等复杂几何形状制造的微铣削加工方法在钛合金薄壁加工中获得了广泛的应用。然而由于其刚度较低,在微铣削加工钛合金薄壁时极易产生工件变形、失稳和振动等问题,并导致加工精度的下降。为此从理论建模、有限元仿真和试验测量三个方面分析了国内外弱刚度金属薄壁微铣削技术研究的现状。相关研究表明,在加工过程中对薄壁变形进行准确预测对于薄壁微铣削加工误差补偿模型的建立与薄壁加工精度的提高具有重要意义。并指出,在获得数学规律的基础上对薄壁微铣削加工变形和该变形对加工精度造成的影响之间蕴含的物理关系仍有待进一步的研究。     

基于直驱电机的旋转轴精度检测系统的研究与实现

传统的数控机床旋转轴运动精度检验方法存在精度低、检验重复性差等缺点,而先进的激光干涉仪也存在调整困难、成本偏高的不足.因此对数控机床旋转轴精度的检测进行研究,采用一种可实现高精度位置控制的直接驱动电机和PMAC运动控制卡为关键部件,组成对数控机床旋转轴定位精度检测的测量系统,实现了对混联车铣复合机床旋转轴运动精度的检测,分析了该测量系统的结构和测量原理以及测量误差源的产生,并提出了进一步改进的措施.     

微喷孔七轴电火花加工机床数控系统研发

为满足国3(欧Ⅲ)标准的高端喷油嘴微喷孔加工需求,研发七轴微细电火花加工机床的开放式数控系统。探讨数控系统的软/硬件结构、功能模块划分、数控界面设计,以及整体联调等关键技术;重点研究批量加工多个微喷孔高一致性精度保证方法,以及加工过程协调智能控制策略;按照用户图样要求,进行批量化产品加工验证。研究结果表明:可实现具有变焦距的喷油嘴多个微喷孔的全自动化加工,加工精度、加工效率、可靠性和操作方便性均达到工业应用要求。