微夹钳位移实验测试优化方案

研制的微夹钳整体外形尺寸为60 mm×16 mm×4 mm，材料选用45号调质钢，利用线切割加工工艺制造。测量微夹钳的钳口位移时，在万能工具显微镜（最小刻度0.2μm）下测量出对应于不同输入电压时压电陶瓷伸长量（输入位移）和钳口位移，输入电压由压电微夹钳专用控制电源控制。电压取值范围为0～80 V，对钳口处每隔5 V读取一组数据，由于压电陶瓷伸长量非常微小，所以对压电陶瓷伸长每隔10 V读取一组数据。

通过调整预紧螺钉改变微夹钳钳口的初始尺寸，对3种不同初始尺寸（0.38 mm，0.45 mm，0.47 mm）情况下的钳口位移进行了实验测试，实验结果如图8.5（a）～图8.5（c）所示，最大值分别为112.5μm、110.1μm、97.5μm，平均传动比分别为24.08、23.56和21.61。从图中8.5可以看出，钳口的位移随电压的变化表现出较好的线性，图中直线为使用最小二乘法对实验数据拟合所得。图8.5（d）为3种钳口尺寸的位移对比，从中可以看出，实验结果具有良好的重复性。线性拟合公式y=a+bx中的截距a和斜率b的最小二乘法估计值和的计算公式为

图8.5　微夹钳位移实验结果

（a）钳口的初始尺寸为0.38 mm的结果；（b）钳口的初始尺寸为0.45 mm的结果；（c）钳口的初始尺寸为0.47 mm的结果；（d）3种钳口尺寸的位移对比(www.xing528.com)

关联系数r的估计值为

关联系数表示各数据点靠近拟和直线的程度。r值在-1～1之间，|r|越接近1，各数据点就越接近拟合直线。和分别为测量数据的算术平均值。

由所测实验数据，钳口初始尺寸为0.47mm时，线性拟合公式的截距为=0.182 84，斜率为=1.239 64，关联系数为=0.998 89；钳口初始尺寸为0.45 mm时，线性拟合公式的截距为=0.512 25，斜率为=1.396 16，关联系数为=0.999 2；钳口初始尺寸为0.38 mm时，线性拟合公式的截距为=1.335 78，斜率为=1.389 44，关联系数为=0.999 15；因此，钳口位移和控制电压之间呈良好的线性关系。