高速ナノサーボ機構を用いたハイブリッド加工制御システムに関する研究

基于高速纳米伺服机构的混合加工控制系统研究

基本信息

批准号：
10J01761
负责人：
藤田智哉
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は,位置制御と圧力制御のハイブリッド制御を行い,高い形状精度と良好な表面粗さを持つ微細形状を創成するために,必要な加工機の送り系の開発を行う事である.まず,ボールねじ駆動の送り系に,圧電アクチュエータ駆動の高速ナノサーボ機構を組み込んだ加工システムを開発する.この加工システムを用いて,位置制御と圧力制御のハイブリッド制御を行う.次に,リニアモータ駆動の加工機を設計・製作し,同様のアプリケーションの適用可能性を調査する.前年度までに圧電アクチュエータ駆動の高速ナノサーボ機構を組み込んだ加工システムを開発した.しかし,市販のCNC加工機を用いて圧電アクチュエータを駆動するためには,PWMアンプとリニアアンプを実装したCNC加工機を開発する必要があるという問題があった.また,圧電アクチュエータは,湿気によって性質が劣化する問題があった.これらの問題を解決するため,高応答なリニアモータ駆動送り系からなら加工機を開発した.しかし,送り系に生じる摩擦の影響によって運動精度が低下するため,送り系に必要な0.1μmの運動精度を実現することができなかった.本年度は,フィードフォワード制御を用いて摩擦力の補正を試みた.フィードフォワード制御に用いる摩擦モデルを構築するために,摩擦力の特性の解析を行った.解析の成果より,速度と加速度の影響によって変化する摩擦力の特性を明らかにした.また,摩擦とテーブル位置の移動量の関係が示すヒステリシスループを接触面のすべり速度を考慮した移動マルチブラシモデルを用いて説明した.このモデルを用いる事で接触面の微小変位領域から大変位領域までの摩擦特性の示す定常特性と過渡特性を摩擦力の変化率と定常値,すべり速度分布の3つのパラメータで表現することが可能となった.このモデルを用いて摩擦補正を行い,数1000mm/minの高速円弧補間運動を行った場合に生じる運動誤差を従来の5分の1程度である最大1μmに抑えることが可能となった

本研究的目的是进行位置控制和压力控制的混合控制，开发加工机械所需的进给系统，以形成具有高形状精度和良好表面粗糙度的精细形状。首先，在进给系统中使用压电致动器。滚珠丝杠传动。我们将开发一种采用电机驱动的高速纳米伺服机构的加工系统。使用该加工系统，我们将进行位置控制和压力控制的混合控制。接下来，我们将设计和制造由电机驱动的加工机。线性电机，并执行相同的过程。调查可能性。直到前一年，我们开发了一种包含由压电致动器驱动的高速纳米伺服机构的加工系统。但是，为了使用市售 CNC 加工机驱动压电致动器，我们需要一个 PWM 放大器和一个线性放大器。存在的问题是需要开发实现该技术的 CNC 加工机。此外，还存在压电致动器的特性因水分而劣化的问题。为了解决这些问题，需要高响应性的直线电机驱动进给系统。开发卡拉达拉加工机。然而，由于进给系统中产生的摩擦力的影响，运动精度下降，因此无法达到进给系统所需的0.1μm运动精度。今年，我们将尝试使用前馈控制来校正摩擦力。 .前馈为了构建用于工作台控制的摩擦模型，我们分析了摩擦力的特性。根据分析结果，我们阐明了摩擦力随速度和加速度的影响而变化的特性。我们还研究了这种关系摩擦力与工作台位置之间的滞后现象由移动量之间的关系表示。采用考虑接触面滑动速度的移动多刷模型来解释摩擦力。利用该模型，从微位移区域到大位移区域的摩擦特性的稳态和瞬态特性接触面的变化率和稳态值，滑移速度分布。可以用三个参数来表达。使用该模型进行摩擦修正，在进行数千毫米/分钟的高速圆弧插补运动时出现的运动误差可以减少到传统运动的五分之一左右。方法已经可以将其抑制到最大1μm。