论文摘要
精密制造业的发展极大地提高了人们的生活水平,从而改变了我们的生活,当今精密制造业发展的一个重要的方向就是产品的微小型化,具有微结构的微小零件拥有许多的特殊功能,包括导光性、减反射性和自洁性等,在通讯、光学、汽车、航空航天以及国防等领域的应用日益广泛。针对以IC工艺为基础的硅微结构加工方法的固有缺陷,目前发达国家(日本、德国和美国等)正在加紧研究微结构机械加工的理论、装置及工艺,我国也迫切要求能够制造出具有一定形状精度和表面质量要求的微结构三维微小零件。同时微小型机床相对于常规超精密机床具有结构简单、成本低、空间小、能耗低、维护方便等多种优点,因而研究采用微小型装置通过机械加工的方法来加工微结构有着极为重要的意义。本文针对某微小薄壁零件的微槽表面变质层去除设计了一种专用微结构研抛装置,提出了系统总体控制方案。装置采用宏/微结合的运动方式,宏动平台采用步进电机滚珠丝杆结构实现大行程、高速、微米级定位;微动平台采用电致伸缩陶瓷驱动柔性四杆机构实现小行程、低速、亚微米级定位;采用精密直线光栅对宏/微平台的位置进行反馈,微力/位移传感器对加工过程中工件受力和变形进行反馈。本文设计了微动平台的具体结构,采用基于柔性铰链的平行四杆机构,并对其进刚度、最大应力以及固有频率进行了理论计算,同时使用有限元方法对柔性四杆机构进行了建模和分析,得到了在静力作用下的变形和应力分布以及前两阶模态振型,通过对两种结果的比较验证了分析结果的正确性。同时设计了一种微力/位移传感器,并通过有限元计算结构刚度、最大应力以及前四阶模态振型,同时得到了其位移放大倍数,并于理论值进行了比较,在静力作用下对其输出位移进行实验测试,并通过外加正弦运动信号测试了传感器的动态响应,得到了传感器的工作频率,实验结果验证了分析的正确性。本文测量了电致伸缩陶瓷微动平台的迟滞位移变化曲线,得到了微动平台的最大位移,同时测量了其位移分辨率,为闭环控制模型的建立提供了参考,并为宏/微运动平台的总体控制提供了依据。