超精密垂直轴系设计参数优化及其性能研究

发布时间：2020-06-11 06:04

【摘要】：制造业的发展对精密和超精密的加工技术提出了更加严格的要求,超精密五轴机床是实现超精密加工技术的重要基础。超精密垂直轴系是五轴超精密机床的重要组成部分,其性能的优劣直接决定着五轴超精密机床的运行精度及整体加工性能。由于重力的影响,垂直轴在运动过程中的高精度定位会受到很大的影响,而高精度定位主要由超精密垂直运动系统的卸荷气缸和液压导轨的结构设计参数和静态性能所决定。因此,要对超精密垂直轴系的卸荷气缸和导轨等关键部件的性能进行深入研究,从而提高垂直轴系的高精度定位性能,提高五轴超精密机床的加工精度和可靠性。本文采用仿真分析和实验验证的方式对卸荷气缸和液体静压导轨的主要结构参数进行了研究,分别对卸荷气缸结构参数,气体静压轴承的静态性能和不同偏载情况下各参数对于液体静压导轨的静态性能的影响进行研究,综合分析其影响规律之后提出超精密垂直轴系各部件结构设计参数优化方案。基于动网格方法建立卸荷气缸内气体模型和活塞运动模型。采用FLUENT软件对以上模型进行仿真模拟计算,定量分析了活塞的加速度、进气孔直径和初始启动高度等参数对于缸内气体压力的变化的影响,明确了其对活塞运动响应的影响。通过卸荷气缸的动态响应实验验证了仿真分析结果的正确性,根据各参数对卸荷气缸活塞动态响应的影响的结果,针对卸荷气缸的设计参数和启动方式提出了相应的优化方法。利用Gambit软件对气体静压轴承的气膜进行了建模和网格划分,采用了渐进的方式细化节流孔处的网格。利用FLUENT软件基于Reynolds方程对气体静压轴承气膜模型进行有限元计算分析,研究了卸荷气缸的气体静压轴承的偏心率、供气压力、平均气膜厚度以及节流孔位置等参数对于其静态性能的影响规律。并通过气体静压轴承静态性能实验验证仿真计算结果,寻求在不违反机械设计的原则下保证其最大的承载力和静态刚度的最优结构设计参数,最终实现卸荷系统的平稳运行。建立了液体静压导轨油膜的三维仿真模型,同时考虑其在不同偏转参数下油膜的变化和节流孔直径、平均油膜厚度、偏心率和供油压力对静态性能的影响。寻找保证性能要求的最大偏转参数以及受偏转参数影响最小的结构设计参数,用于超精密垂直轴系的参数优化建议。
【图文】：

c) 单反镜头 d) 精密元器件图 1-1 超精密加工相关应用在当前的大国竞争中，，科技的竞赛已经越来越白热化成为各大国综合国力赛内容当中的一个主要阵地。而精密和超精密机械制造技术则在其中有着很重

图 1-2 Nanosystem-1000 大型光学金刚石车床[18]业大学精密工程研究所研制成功的大型非曲面超精加工机床的先进水平，在解决垂直方向的重力影响配重的方式[19]，使机床导轨平稳运行。杠杆滑轮组
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG502.3

【参考文献】

相关期刊论文 前9条

1 王新华;郑秋月;蔡力钢;孙树文;;基于CFD的新型结构静压油垫数值仿真技术[J];北京工业大学学报;2012年01期

2 雷源忠;;我国机械工程研究进展与展望[J];机械工程学报;2009年05期

3 张景和;张顺国;赵海潇;何远新;董申;;大型超精密机床导轨卸荷系统结构设计与测试[J];光学精密工程;2007年09期

4 江帆;陈维平;王一军;区嘉洁;;基于动网格的离心泵内部流场数值模拟[J];流体机械;2007年07期

5 郝继光;姜毅;韩书永;廖庆;;一种新的动网格更新技术及其应用[J];弹道学报;2007年02期

6 孙希威,张飞虎,董申,张龙江;KDP晶体加工专用超精密机床数控系统开发[J];制造技术与机床;2005年11期

7 虞烈,戚社苗,耿海鹏;弹性箔片空气动压轴承的完全气弹润滑解[J];中国科学E辑:工程科学 材料科学;2005年07期

8 盖玉先,董申;超精密加工机床的关键部件技术[J];机械设计与制造;1999年05期

9 周天孝,白文;CFD多块网格生成新进展[J];力学进展;1999年03期

相关博士学位论文 前1条

1 齐恩兵;超精密垂直运动系统静动态特性建模及几何误差分析[D];哈尔滨工业大学;2016年

相关硕士学位论文 前1条

1 陈文科;基于CFD的拍动翼推进性能分析[D];哈尔滨工程大学;2009年

本文编号：2707482