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2010年8月航空精密制造技术Aug.2010
第46卷第4期AVIATIONPRECISIONMANUFACTURINGTECHNOLOGYVol.46No.4

基于压电陶瓷材料数控机床精密预紧系统研究

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杨磊,綦耀光,范晋伟,刘新福
(1.中国石油大学(华东)机电工程学院,东营257061
2.北京工业大学机电工程及应用电子技术学院,北京100022)

[摘要]本文设计了一种数控机床用压电陶瓷执行机构,并对控制系统进行了整体设计和分析,重点提出了电
压/电流复合控制方案,简化了控制过程,降低了控制的复杂度,较传统压电驱动器提高了压电陶瓷材料执行机构
的控制线性度,同时增强了系统的静态稳定特性和动态响应特性。
[关键词]压电材料;丝杠螺母副;复合控制;预紧机构
[中图分类号]TG247.51+2[文献标识码]A[文章编号]1003-5451(2010)04-0013-04

ResearchofPrecisionPreloadSystemforCNC
MachineBasedonPiezoelectricityCeramic

YANGLe,iQIYao-guang,FANJin-we,ieta.l
(1.CollegeofMachineryandElectronicEngineering,UniversityofPetroleum(eastChina),Dongying257061
2.CollegeofMachineryandElectronicEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100022)

[Abstract]ApiezoelectricceramicwasdesignedforCNCmachinetoolsmiplementingagencies.Theoverallcontrolsystemprovided
whichfocusesonthevoltage/currentcompositecontrolscheme.Thedesignsmiplifiedthecontrolprocesstoreducethecomplexityof
controlthanthetraditionalpressureelectricdriveofpiezoelectricceramicmaterialandmiprovedthecontrolofthemiplementingagencies
linearity,whileenhancingthestabilityofthesystems'staticcharacteristicsanddynamicresponsecharacteristics.
[Keywords]piezoelectricityceramic;screwnutpairs;multi-controltheory;preloadstructure

引言性能复合压电陶瓷驱动器进行了设计,提出了复合型
驱动器控制方案,解决了目前产品化的压电陶瓷驱动
精密数控机床的设计及制造是当今世界各国研究器单纯采用电压驱动方式存在迟滞、蠕变、带宽窄、动
的热点问题,而如何提高机床的加工精度是精密数控态跟踪性能差等固有缺点。通过引入电压/电流复合
机床应用中的关键技术之一[1],数控机床在安装和调控制,克服了这些缺点并使控制线性化,同时简化了控
校时运动部件预紧是很重要的一环,特别是运动副的制过程,降低了控制的复杂度,增强了可控性以及系统
预紧直接关系到使用精度,目前精密机床的预紧还采的静态稳定特性和动态响应特性。
用传统丝杠螺母副预紧,无法满足精密机床的精度及
可靠性要求。本课题在研究和分析了传统丝杠螺母副1传统丝杠螺母副预紧分析
预紧存在问题的基础上,设计了精密机床预紧机械执
行系统,并对系统中影响其使用性能的关键部件-高滚珠丝杠螺母副是数控机床中的重要部件,它是

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基于压电陶瓷材料数控机床精密预紧系统研究

将螺旋运动转化为直线运动的装置,它由丝杠、滚珠、
螺母、反相器组成。丝杠螺母副摩擦系数小,传动精度
可达90%~95%,动静摩擦系数相差小等优点在数控
机床中有着广泛的应用[1]。同时在安装和调校时预紧
是很重要的一环,通过预紧可以消除间隙保证换向精
度。预紧主要的形式有三种:
¹垫片调隙式通过改变调整垫片的厚度来改变
1圆螺母2缩紧螺母3、5滚珠螺母4压电陶瓷叠片6丝杠
两个螺母间位移来消除间隙,它结构简单、可靠性高、
图1新型压电陶瓷预紧机械机构
刚度高,但是调整比较困难。
这种装置结构简单、刚性好、可以随时在加工过程中进
º螺纹调隙式通过转动螺母改变两个螺母间的
行调整。此需要说明的是,压电陶瓷和套筒的装配采
位移来消除传