自适应磨抛机床系统设计及误差分析

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作为天文望远镜、激光雷达系统等远距离探测设备的关键部位,空间反射镜的加工精度无疑是影响探测距离与探测精度的关键因素。碳化硅是空间反射镜的重要材料,其加工困难的特点却制约着空间反射镜大口径和轻量化的进程。新加工方法的尝试,对降低碳化硅镜面的加工难度,提高其加工精度,具有十分重要的意义。然而,这一切都离不开专用的设备的研制。本文根据碳化硅的电解砂带磨抛技术的设想,完成了自适应磨抛机床控制系统的研制工作。磨抛机床采用了开放式的系统方案,有利于后期机床的二次改进与开发。同时,以MFC工具开发了本磨抛设备专用的控制软件。从硬件和软件两个方面满足了磨抛设备使用过程中各种功能上的需求。所研制的机床需要满足高精度的加工要求,而机床几何误差和控制误差的存在对精密加工无疑是不利的。在几何误差方面,通过误差补偿法来提升机床的定位精度。建立了机床几何误差的数学模型。分析了传统的九线法参数辨识方法,并针对其原理误差,提出了相应的解决方案。利用激光干涉仪测量了机床的几何误差,并通过改进的九线法完成了误差参数的辨识。最后,通过PMAC控制卡的二维误差补偿表,有效提高了机床定位精度,并验证了改进之后的九线法的有效性。在控制误差方面,通过编写PLC程序,将模糊PID控制与PMAC自身的伺服算法相结合,实现了磨抛机床的PID控制参数的动态调整,达到了提升响应速度的和降低超调量的目的。通过单轴跟随误差控制实验和两轴圆弧插补跟随误差控制实验,发现机床的控制精度有了一定的提升,证明了模糊PID控制对于提高机床的控制精度是有利的。通过几何误差补偿和位置跟随误差的控制,机床精度有了很大的提升。然而,机床实际使用效果仍有待验证。通过砂带磨抛的单因素实验,分析了砂带磨粒粒度、线速度、法向压力等因素对材料去除量和加工表面质量的影响。并以此为基础选择合适的参数,进行了平面的磨抛加工工作,获得了较好的表面质量。从而证明了所研制的磨抛机床能够满足高精度的加工要求。
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