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简述铰链超精密车削大行程两轴快速刀具伺服装置设计任务书

收藏本文 2024-03-26 点赞:7179 浏览:19610 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:随着现代科学技术的高速进展,自由曲面光学零件以其良好的光学性能和较低的质量在航空、航天、国防、数码相机以及汽车等多个领域有着极大的运用需求。然而自由曲面光学零件能否实现高效精密创成成为制约其运用与进展的关键因素,针对这一现象,国内外探讨人员在大量的探讨与实践基础上,普遍认为基于快速刀具伺服(FTS)的金刚石车削是一种最有进展前途的自由曲面光学创成策略。然而,现有的FTS工艺装置大多是单自由度的直线FTS或者摆动FTS,无法实现“非等参数”刀具路径规划,少有的两自由度FTS工艺装置却仅能实现微米级的行程,这些都大大限制了FTS技术的进展与运用推广。针对这一现象,本论文在查阅大量文献资料的基础上,研制了一种新型大行程两轴直线式FTS装置,实现了装置在自由度方向上的毫米级行程,为FTS技术的进展与运用推广提供了重要参考。本论文的主要探讨内容包括如下几方面:(1)探讨了国内外光学自由曲面创成策略进展近况,并对各种创成策略的优缺点进行了阐述;在此基础上探讨了FTS金刚石车削进展近况,并根据驱动器的不同浅析了各类FTS装置的优缺点。最终在此基础上阐述了本论文的主要探讨目标以及探讨作用。(2)通过对FTS装置运动轴的布局设计以及其机构组成和工作原理阐述,完成了FTS装置的总体设计;在FTS装置驱动器以及检测元件选择的基础上,通过FTS装置关键零部件的详细结构设计,实现了一种大行程两自由度FTS装置的原型研制工作。(3)通过对FTS装置的静力学浅析和动力学浅析,本论文考察了FTS装置的静力学特性和动力学特性。FTS装置的力学特性浅析结果显示,本论文设计的FTS装置在行程、频率响应、强度等方面均满足设计要求。(4)在力学特性浅析的基础上,本论文提取出了FTS装置中对其性能影响最大的六个主要结构设计参数,在此基础上进行了FTS装置设计参数的相关性浅析试验,计算求解了各结构参数与性能参数间的相关矩阵,实现了FTS装置主要结构设计参数的相关性浅析和灵敏度浅析,并求解得到各性能参数的响应曲面。(5)在FTS装置设计参数相关性浅析基础上,以一阶固有频率为目标,以各自由度方向的行程和最大等效应力为约束条件,本论文采取非线性拉格朗日二次规划(NLPQL)法对FTS装置各主要结构设计参数进行了优化设计,以而大大提升了FTS装置的力学特性以及可靠性。(6)在阐述系统辨识步骤的基础上,通过输入信号的选择以及采样频率的确定,对FTS装置进行了系统辨识试验,然后利用传递函数模型完成了FTS装置的系统辨识。关键词:光学自由曲面论文FTS论文柔性铰链论文两自由度论文系统辨识论文

    摘要4-6

    ABSTRACT6-11

    第1章 绪论11-23

    1.1 探讨背景和作用11-12

    1.2 国内外探讨近况及进展走势12-19

    1.2.1 自由曲面创成策略评述12-15

    1.2.2 现有 FTS 的种类15-19

    1.3 论文主要探讨内容及探讨目标19-23

    1.3.1 本论文探讨目标19-20

    1.3.2 本论文探讨内容20-23

    第2章 大行程两轴 FTS 装置结构设计23-43

    2.1 FTS 驱动器及检测元件设计23-30

    2.1.1 音圈电机及其工作特性23-26

    2.1.2 音圈直线电机的选择26-28

    2.1.3 电容传感器及其工作特性28-30

    2.2 FTS 装置的总体设计30-34

    2.2.1 运动轴的总体布局31-32

    2.2.2 机构的组成与工作原理32-34

    2.3 两自由度 FTS 装置的结构设计34-42

    2.3.1 柔性铰链探讨近况34-35

    2.3.2 柔性铰链设计准则35-36

    2.3.3 主柔性铰链设计36-40

    2.3.4 解耦机构设计40-42

    2.4 本章小结42-43

    第3章 大行程两轴 FTS 力学特性浅析43-59

    3.1 FTS 装置有限元浅析模型的建立43-47

    3.1.1 FTS 装置三维模型的创建43-44

    3.1.2 FTS 装置的材料属性添加44-45

    3.1.3 有限元模型的网格划分45-46

    3.1.4 载荷及边界条件的施加46-47

    3.2 FTS 装置静力学特性浅析47-53

    3.2.1 FTS 装置在自身重力单独作用下的静力学特性浅析47-49

    3.2.2 单向音圈电机驱动下的 FTS 装置静力学特性浅析49-50

    3.2.3 双向音圈电机驱动下的 FTS 装置的静力学特性浅析50-52

    3.2.4 切削力作用下的 FTS 装置的静力学特性浅析52-53

    3.3 FTS 装置的动力学特性浅析53-58

    3.3.1 FTS 装置的模态浅析53-55

    3.3.2 FTS装置的谐响应浅析55-58

    3.4 本章小结58-59

    第4章 FTS 装置的结构优化设计59-79

    4.1 FTS 装置设计参数的相关性浅析59-68

    4.1.1 相关性浅析试验探讨60-66

    4.1.2 相关矩阵与灵敏度浅析66-68

    4.2 FTS 装置的响应曲面仿真68-71

    4.2.1 响应曲面法原理68-70

    4.2.2 响应曲面仿真70-71

    4.3 基于目标驱动 FTS 装置优化设计71-77

    4.3.1 NLPQL 优化71-76

    4.3.2 基于目标驱动的 FTS 结构优化设计76-77

    4.4 本章小结77-79

    第5章 FTS 装置的系统辨识79-91

    5.1 系统辨识79-83

    5.1.1 系统辨识的前处理80-81

    5.1.2 系统辨识的结构辨识历程81-82

    5.1.3 系统辨识的参数辨识历程82

    5.1.4 系统辨识的模型验证历程82-83

    5.2 FTS 装置的辨识试验探讨83-87

    5.2.1 输入信号的选择83-85

    5.2.2 采样频率的选择85-86

    5.2.3 FTS 系统辨识试验86-87

    5.3 FTS 装置的系统辨识87-90

    5.4 本章小结90-91

    第6章 结论与展望91-93

    6.1 总结91-92

    6.2 探讨展望92-93

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