纳米超精密加工技术

超精密机床多轴联动轮廓控制技术
　　机床的轮廓误差指刀具的实际位置距指定轨迹在法线方向的偏差，该误差直接决定所加工工件的面型精度。机床要实现极高的轮廓加工精度一种方法是提高单轴的跟踪精度，减小每个轴动态滞后误差，此方法属于机床进给系统伺服控制问题。然而，机床各轴的位置误差不代表其轮廓误差，如图1所示，图1中，P点为轮廓上的给定点，P1、P2分别为刀具的实际位置，尽管P1点的刀具位置误差比P2点小，但其轮廓误差却较后者大。因此，在机床控制系统设计时，在考虑单轴位置跟踪精度的同时，也要考虑各运动轴之间的同步控制，即轮廓控制问题。Koren于1980年提出一种交叉耦合控制器[6]，该控制器的目标用来减小轮廓误差，而不是减小单轴的误差。以后又有学者提出变增益交叉耦合控制器、自适应交叉耦合控制器等。从理论上说，轮廓控制技术即使在单轴误差较大的情况下，也可实现零轮廓误差。Chih-Ching Lo和Ching-Yei Chung在1999年提出一种解耦轮廓控制策略[7]，它是以轮廓在其切线和法线方向上精密运动控制为目标，通过坐标变换和矩阵解耦设计而实现的，该方法使用的前提条件是联动坐标系统的每个轴之间动态特性相差不大。Hsin-Chiang Ho 和Jia-Yush Yen提出一种动态解耦轮廓控制器[8]，通过对轨迹的角度进行实时矩阵变换完成解耦控制。该方法解决了轴动态特性匹配的限制，但动态解耦控制算法，实时计算量大，实现困难。