【摘 要】
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快速刀具伺服（Fast Tool Servo,FTS）超精密车削技术在制造微纳米结构功能表面和自由曲面方面非常具有发展前途。本文以补偿超精密机床加工中Z轴运动平台惯性振动所触发的动态轮廓误差为主要目标,研制了一套高频高精的FTS装置,搭建实验系统提取惯性振动导致的误差,提出了对FTS装置进行超精密实时振幅控制来补偿动态轮廓误差从而提升加工表面质量的方法。本文的主要研究内容归结如下:（1）设计了一款
【基金项目】
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武汉市科技计划项目:“高精度微织构光学模具超精密制造研究”（项目编号:2019010701011400）
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快速刀具伺服（Fast Tool Servo,FTS）超精密车削技术在制造微纳米结构功能表面和自由曲面方面非常具有发展前途。本文以补偿超精密机床加工中Z轴运动平台惯性振动所触发的动态轮廓误差为主要目标,研制了一套高频高精的FTS装置,搭建实验系统提取惯性振动导致的误差,提出了对FTS装置进行超精密实时振幅控制来补偿动态轮廓误差从而提升加工表面质量的方法。本文的主要研究内容归结如下:（1）设计了一款高性能的FTS装置,对柔性刀架的力学特性进行了综合建模分析,利用经过遗传算法（GA）优化的BP神经网络算法,对刀架进行了多目标优化设计,通过Ansys软件对优化后获得的结构进行有限元分析验证了设计过程的正确性。（2）进行了FTS样机的制造和装配,搭建了测试实验系统并进行了一系列必要的性能测试,测试结果显示装置达到了设计要求,证明了理论设计工作的正确性。针对红铜棒材,利用所制造的样机进行了典型正弦微结构表面的加工实验,实验结果表明所制造的FTS装置具有稳定、良好的实际加工能力。（3）研究了超精密机床Z轴高精度光栅系统的测量原理,设计了信号提取方案,搭建控制系统对Z轴光栅信号进行实时读取和误差提取。基于LABVIEW编程语言进行了上位机软件设计,完成了各项功能的开发,实现对Z向运动轴位置的实时监控以及位置误差的提取和转换,并作为FTS的振幅控制信号输出。（4）设计实验研究了机床Z轴在运动过程中极易产生的惯性振动及其引发的动态轮廓误差,验证了信号提取方案的正确性,证实了Z轴的惯性振动极易导致的轮廓误差,使加工精度恶化。为了补偿这种轮廓误差,提出了对FTS进行实时振幅控制来补偿误差的方法,并搭建了实验系统。应用所提出的方法,进行了补偿加工实验,验证了所提出补偿方法的可行性及正确性,为高质量表面创成和制造误差调控提供了新的优化思路。
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