輥筒模具超精密加工機(jī)床幾何誤差建模及其補(bǔ)償策略研究.pdf

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1、學(xué)術(shù)論文輥筒模具超精密加工機(jī)床幾何誤差建模及其補(bǔ)償策略研究周中奇,王波,何文強(qiáng),喬政,劉藝（哈爾濱工業(yè)大學(xué)精密工程研究所，哈爾濱150001）[摘要]本文以超精密模輥機(jī)床為研究載體，將具有代表性的環(huán)槽微結(jié)構(gòu)陣列作為研究對象。通過多體系統(tǒng)理論以及齊次坐標(biāo)變換的方法建立機(jī)床的幾何誤差模型從而得到幾何誤差對環(huán)槽微結(jié)構(gòu)陣列的影響，并用激光干涉儀對幾何誤差分量進(jìn)行了測量。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后提出了一種補(bǔ)償方法使環(huán)槽微結(jié)構(gòu)的加工質(zhì)量得到了改善。[關(guān)鍵詞]輥筒模具；超精密加工；幾何誤差模型；誤差補(bǔ)償[中圖分類號]TH166；TG659[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A[文章編碼]1003-5451（20

2、17）05-0012-07GeometricErrorModelingofUltra-precisionDrumRollLatheandResearchonCompensationAlgorithmZHOUZhong-qi,WANGBo,HEWen-qiang,etal.（SchoolofMechanicalEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001）[Abstract]Theultra-precisiondrumrolllatheisusedasthevectorofresearch.Theringgro

3、ovearraywhichisarepresentativemicrostructureisusedastheresearchobject.Thegeometricerrormodeloflathewasestablishedbymulti-bodysystemandhomogeneouscoordinatetransformationmethodtogettheinfluenceofgeometricerroronringgroovearray.Theerrorcomponentismeasuredbylaserinterferometer.Anerrorcompe

4、nsationmethodisproposedtoimprovethequalityofringgroovearray.[Keywords]hemisphericalresonator;A3200controller;numericalcontrolsystem前言輥筒模具的制造。在實際的輥筒環(huán)槽微結(jié)構(gòu)表面加工過程中，由于幾何誤差的干擾使刀具與工件表面存在各式各樣的微結(jié)構(gòu)功能表面作為精密及超精密加相對位置變化，這就會導(dǎo)致環(huán)槽微結(jié)構(gòu)陣列存在諸如工的代表結(jié)構(gòu)，在光學(xué)領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域、微機(jī)械電節(jié)距誤差、切削深度不一致等現(xiàn)象，尤其是節(jié)距誤差將[1]子等領(lǐng)域顯示出越來越大的作

5、用，如圖1所示是不同對膜片的光學(xué)性能產(chǎn)生極大影響。類型的微結(jié)構(gòu)表面。為了滿足上述領(lǐng)域?qū)Υ蟪叽缑娣e微結(jié)構(gòu)功能表面的低成本、高效率、高精度地制造需求，Roll-to-Roll[2]（RTR）復(fù)制加工技術(shù)被看作是一種理想方法。在RTR生產(chǎn)工藝中，最為核心的技術(shù)就是大尺寸微結(jié)構(gòu)圖1不同類型的微結(jié)構(gòu)表面作者簡介：周中奇（1993-），男，碩士，從事衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)研發(fā)工作?！?2·《航空精密制造技術(shù)》2017年第53卷第5期哈爾濱工業(yè)大學(xué)精密工程研究所在國家科技重大生影響。專項課題支持下，研發(fā)成功了大尺寸輥筒模具超精密加工機(jī)床，其具體指標(biāo)見表1。表1機(jī)床指標(biāo)最大加工長度/mm1

6、800最大工件直徑/mm500最大工件質(zhì)量/kg1000控制系統(tǒng)分辨率/nm1圖3幾何誤差分量示意圖直線軸最大運動速度/mm·min-12500建立誤差模型的第一步就是坐標(biāo)系的確定，首先C軸回轉(zhuǎn)速度/r·min-1500就需要建立參考坐標(biāo)系。參考坐標(biāo)系一般建立在固定C軸回轉(zhuǎn)精度/nm小于100部件上，本次將參考坐標(biāo)系建立在機(jī)床的基座上，機(jī)床目前國內(nèi)關(guān)于輥筒機(jī)床的研究較少，對其誤差補(bǔ)零點作為坐標(biāo)原點。將Z軸拖板運動軌跡擬合得到一償?shù)难芯扛橇攘葻o幾。而輥筒機(jī)床由于其結(jié)構(gòu)的特條直線，該直線所在的方向為基座標(biāo)系的Z軸方向。殊性在建模上與其他機(jī)床又有一定的區(qū)別。因此本次然后將

7、X軸的運動軌跡也擬合為一條直線，在兩條直課題將以實驗室自主研發(fā)的模輥機(jī)床為對象著重分析線確定的平面內(nèi)做一條垂直于Z軸的直線作為基坐標(biāo)機(jī)床的幾何誤差對環(huán)槽微結(jié)構(gòu)陣列加工過程中的影系的X方向。最后，做一條直線垂直于X軸和Z軸組響，對測量的各項數(shù)據(jù)進(jìn)行處理從而研究出一種有效成平面的直線作為基坐標(biāo)系的Y方向。參考坐標(biāo)系建的補(bǔ)償措施使環(huán)槽微結(jié)構(gòu)陣列的加工效果得到改善。立后在各運動部件上分別建立局部坐標(biāo)系。為了方便機(jī)床實物圖如圖2所示。計算將各坐標(biāo)系原點設(shè)為同一點，即機(jī)床零點O。利用前文所述的多體系統(tǒng)理論結(jié)合模輥機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點確定了兩條分支，分別是刀具分支和工件