随着现代科技的发展,高表面质量的零件或元器件在国防、生物医药、航空航天、光电器械等领域的应用越来越广泛,而且对表面质量要求也越来越高。例如,航空航天领域的发动机叶片、生物医药领域的人工假肢、新能源领域的太阳能光伏器件等都对表面质量有较高的要求。能否进一步提高零件的表面质量,生产出高精度表面的元器件成为了衡量一个国家制造业水平的重要标准。要实现零件表面的高质量,常用的加工方法包括磨削、抛光和单点金刚石车削等。传统的磨削采用固定磨粒研磨法是通过磨粒前端与工件表面行程的微小切削去除材料进行研磨的加工方法,这种方法在原理上和实际操作中均很难得到没有切削痕迹的镜面。所以,若要通过高精密加工获得没有切削痕迹的镜面,目前需采用有游离磨料参与的磨削抛光方法。此外,在磨抛加工中,磨抛刀具与工件接触面之间的正压力也是决定加工质量的重要因素。为提高磨粒在磨抛过程中的参与度并实现恒定的磨抛压力,本文了一套径向微动辅助的气动恒力磨抛工具系统。本文开发的径向微动磨抛工具系统主要包括径向微动辅助子系统、气动柔顺主轴子系统、主轴末端运动平台子系统三部分。径向微动辅助子系统由两个垂直安放的压电陶瓷堆栈驱动,通过柔性铰链将力和位移量递给磨抛主轴,使磨抛主轴产生径向方向的微米级位移,通过控制压电陶瓷堆栈驱动电压使得磨抛主轴在径向平面内作规律运动;气动柔顺主轴系统由气缸、力传感器、位移传感器、电机、主轴等部分组成,通过气缸输出轴的进给运动实现磨抛刀具轴线方向的位移补偿,从而对磨抛压力实现主动柔顺控制;主轴末端运动平台子系统由三个线性运动模组组成,为气动柔顺主轴的上端提供一个正方形有效运动区域,以适应复杂曲面零件的加工。本文借助Solidworks构建了工具系统的三维模型,绘制所需零件的二维工程图,完成相应零件的加工工作,结合选型购买的硬件组装得到磨抛工具系统实物。磨抛工具系统搭载在三轴运动平台上构成径向辅助磨抛实验台。推导出压电陶瓷堆栈在低弹簧刚度情况下力和位移的关系以及在恒定质量情况下力和位移的关系;并对柔性铰链进行了模态动力学分析验证了其在工作频率内可以平稳运行,不会发生共振现象;建立了微动平台单方向的动力学模型,推导出在给定单方向目标轨迹方程时所对应的压电陶瓷堆栈控制电压的表达式,提出了通过给定的目标运动轨迹反求得到压电陶瓷堆栈控制电压的方法;建立了柔性铰链结构的简化模型,得到了柔性铰链单方向的位移量与运动平台中心点位置变化的关系。利用基恩士位移传感器测试验证了柔性铰链运动平台的输出性能,并确定了柔性铰链运动平台两方向上位移输出耦合的规律;借助于MATLAB/Simulink中的RTW实时控制工具箱搭建了传统PID控制系统模型和单神经元控制系统模型,并完成了系统的调试工作,对搭建的传统PID控制器和单神经元控制器进行了系统的磨抛压力控制实验。实验结果表明,在系统输入值不变或者变化频率不高时两种控制方式均具有理想控制效果,在系统输入值变化较为频繁时单神经元控制方式跟随精度更高。验证了系统较好的输出性能。