基于音圈电机的新型FTS装置的研制及性能研究

【摘要】光学自由曲面又名非回转对称光学曲面，英文名Non-RotationalSymmetricSurfaces,其简称为NRS曲面。随着光学自由曲面在航空航天、民用及军事工业领域的广泛应用，人们越来越希望以更简便、经济、可靠以及高效的方式来获得高质量的光学自由曲面。课题为寻找一种满足实际需要的大行程快速刀具伺服系统(简称FTS)而展开研究，在对比国内外学者的研究成果之后，决定设计一种新型的两自由度FTS。其驱动装置采用音圈电机，采用柔性铰链与滚动导轨相结合的导向装置。柔性铰链设计成“X”形，在保证自身强度前提下，增大了行程。采用双层柔性铰链大大增加了其侧向刚度，有效地解决了刀具震颤的问题。V形导轨的设计增大了行程，且使两自由度运动完全解耦，但其加工精度和装配精度要求较高。检测元件和位移反馈装置采用直线光栅位移传感器。主要研究内容如下：1.在查阅大量文献资料的前提下，对FTS的实际切削问题进行讨论，得出设计两自由度FTS的必要性和优越性。2.完成两自由度FTS的结构设计。主要内容包括两自由度FTS装置的总体设计，直线电机的选型，直线光栅传感器的选用，X向柔性铰链的设计计算，Z向滚动导轨的设计计算，最后是反馈元件的配件设计。3.完成两自由度FTS装置的ANSYS分析。主要内容包括：静力学应力和刚度分析以及动力学模态分析，并建立机构的系统控制函数。利用数学模型在MATLAB中进行阶跃响应仿真分析，为后文闭环实验奠定基础。4.对已完成装配的FTS进行性能分析。主要包括：Z向柔性铰链刚度测量，两自由度系统串扰，阶跃响应，运动分辨率以及正弦轨迹跟踪能力测量。与其他已知的FTS装置相比较而言，课题所设计的装置具有以下优点：具有500μm的加工范围，属于大行程FTS；在导向装置中采用柔性铰链与滚动导轨相结合的方式，解决了一体式两自由度柔性铰链存在运动串扰的问题；同时，在保证加工要求的情况下，装置的运动频率可达到20HZ。
【作者】罗庆；
【导师】张富；
【作者基本信息】吉林大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】光学自由曲面；柔性铰链；FTS；两自由度；

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