液压微位移装置的性能分析

　　0　引言

　　微位移技术是精密机械与精密仪器的关键技术之一,它随着电子技术、宇航、生物工程等学科的发展而迅速地发展起来。微位移技术主要应用在精度补偿、微进给、微调3个方面[1]。目前常见的微位移机构一般是利用弹性变形、直线电机、机械传动、电磁力和智能材料(压电陶瓷、电致伸缩、磁致伸缩)等实现微位移[2]。由于各微位移装置的驱动形式不同,性能也有很大的差异。针对目前一些微位移装置的不足,如在使用过程中存在一定的迟滞、非线性和蠕变等不良特性[3],作者介绍了利用液压驱动的弹性变形微进给装置。该装置具有刚度高、线性度好、重复性好的特点;此外其结构简单,性能稳定,应用于精密加工的刀具的微进给和微位移平台中。

　　1　液压微位移装置的特性

　　1·1　线性的位移特性

　　液压微位移装置是利用液压油使弹性材料的缸体薄壁产生弹性变形,因此液压微进给装置的位移特性即压力输入-输出特性是由缸体材料的特性来决定的。由材料力学的知识可以知道材料在其线弹性范围内(ε≤ε)变形是可逆而且线性的。作者通过实验也发现液压微位移装置的输入压力与输出位移具有很高的线性,如图1所示。由此可见,输入一定的压力便会有相应的位移输出,输入压力的分辨率越高,输出位移的分辨率也越高,目前微位移装置可以获得0·01μm的位置精度[4]。由于具有很高的线性,位移的输出具有很好的可控性。

　　1·2　高刚度

　　液压微位移装置采用高压液压油的驱动方式,因此具有很高的刚度。表1所示为几种驱动形式的刚度的比较[4-5],相对于其他的进给形式,这种驱动器结构在满足精度的情况下具有更高的刚度。因此结构就具有很高的固有频率,提高了在低频下工作的抗干扰能力。同时装置具有很高的驱动负载的能力,对于某些大质量的工作台的微位移控制是非常有效的。

　　1·3　高稳定性

　　通过对某种液压微装置的位移实验[4](如图2所示,输出位移分别为3·0μm、3·3μm、3·5μm、4·0μm、4·5μm、5·0μm、6·0μm、7·0μm和8·0μm )可以看出液压式微位移装置具有很高的稳定性,这对于稳定位移的获得是十分重要的。

　　2　液压微位移装置的形式

　　2·1　端面薄壁变形

　　图3为以端面变形为驱动形式的液压式微进给装置的工作原理简图。如果工件1需要微量切削的量为Δ,可以通过油口5向缸体的空腔4中注入一定压力的液压油,使端面薄壁变形,这样与端面相连的刀具2可产生相应的进给量Δ,从而实现微量进给。微进给机构的机座3固定在机床的转塔上面。