高效精密数控磨床动静压轴承主轴系统的研究
发布时间：2020-12-23 16:13
精密数控磨床动静压主轴系统采用液体动静压轴承作为支承单元,有着诸多优点并得到了很好的应用;液体动静压轴承作为其核心零部件,具有重要的研究价值。本文结合课题的具体要求,针对精密数控磨床砂轮液体动静压轴承主轴系统进行了全面深入的分析:（1）介绍了在液体动静压轴承设计中所运用到的基本控制方程,并基于流体润滑理论建立了求解动静压轴承稳态温度场、油膜压力场分布的数学模型。借助三维流体仿真软件FLUENT分析了主轴轴颈形状误差（圆度误差及圆柱度误差）对深浅腔液体动静压轴承性能的影响。（2）使用FLUENT和ANSYS Workbench两个仿真软件分析了在主轴轴线偏斜的情况下轴承油膜稳态性能的变化情况,研究了主轴受载荷造成的挠曲变形与制造装配误差所产生的轴线偏斜两者之间的相互影响;并对轴瓦-主轴部分的热变形、弹性变形以及复合变形情况进行了固-液耦合仿真分析。（3）运用SolidWorks与ANSYS Workbench软件建立了液体动静压轴承砂轮主轴系统的三维模型和有限元模型,进行了模态及谐响应分析。采用有限元数值仿真的方法,计算了该主轴系统的前八阶固有频率及对应的振型,分析了砂轮端悬伸长度、轴承...
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LODTM数控高精度机床
二十世纪五十年代末，由于航空航天，计算机，微电子，激光核聚变等国域技术发展的需要，美国组织有关科研机构和公司开始了对高效精密加工技研究，随后德国和日本等国家也先后加入进来[7]。上世纪九十年代后，高效加工技术在民用领域的应用也逐渐增加，特别是光学元件加工、高精密仪器及半导体元器件加工[8]。目前，超精密加工通常指加工精度不低于 0.1μm，度 Ra 不高于 0.025μm 的加工方法，精密加工通常指加工精度在 1μm 到 0.1间，粗糙度 Ra 在 0.1μm 到 0.025μm 之间的加工方法[9-10]。上世纪五十年代以来益于液体动静压轴承的广泛应用，机械加工精度得到了大幅的提升。为了发关技术，占据工业制造领域的领先地位，一些国家都曾设立专门的研究机构定研究计划。例如下图 1.1 所示便是现有数控机床中精度最好美国 LLNL 实 LODTM 车床。正是由于采用了液体静压转台和静压导轨，使得其加工精度了 0.028μm。该机构目前在研制精度更高的下一代 POGAL 机床，在研制过借鉴了很多现有设备研发的先进技术成果和制造经验。POGAL 的研制会使体动静压轴承，其目的在于利用其优点来提高主轴的刚度及阻尼特性，并进改善其高负载能力，提高机床的工作精度。
1.2.2 精密动静压部件应用的现状液体和气体动静压部件作为保障精密机床正常工作的核心功能部件，也伴随着精密加工技术的进步和精密机床的发展取得了重要的研究进展和广泛的运用。由于精密静压部件工作时精度高、冲击小等特性，整备越来越广泛的应用到机械制造及相关领域。图 1.3 所示的德国 HYPROSTATIK 公司采用薄膜反馈节流器开发了系列导轨，丝杠，主轴，转台和滑块。其中转台系列，外径从 200mm 到 990mm。990mm 转台轴向承载力 400000N，轴向油膜刚度 24000N/μm，最高转速 90rpm采用 15 号液压油，径向和轴向跳动误差 0.3μm。图 1.4 所示为美国 ELKA 公司采用轴承间隙节流开发的电主轴。其中 ELP6/12-WG 磨削电主轴，外径 170mm，最高转速 6000rpm，功率 12.5KW，径向跳动小于 0.03μm，轴向跳动小于 0.lμm，轴头径向刚度 400N/μm，轴向刚度 65N/μm。高转速磨削电主轴 ELP350/0.4-IG/MM，外径 50mm，最高转速 350000rpm，功率 0.4KW，径向跳动小于 0.08μm，轴向跳动小于 0.12μm。德国 Monforts 司所生产机床由于采用了静压圆柱导轨，几乎无摩擦、零磨损，即使是 0.001mm 增量移动也能平稳的实现，无爬行效应，有助于保持最优的表面粗糙度。
【参考文献】：
期刊论文
[1]国产数控机床精度保持性分析及研究现状[J]. 马军旭,赵万华,张根保. 中国机械工程. 2015(22)
[2]高效精密动静压主轴热动力学耦合特性分析[J]. 郭力,曹姗,胡靖. 机械科学与技术. 2015(11)
[3]精密、超精密切削技术发展概况[J]. 马利杰,王西彬. 航空制造技术. 2015(16)
[4]精密磨床主轴深浅腔动静压轴承热弹性复合变形分析[J]. 郭力,胡靖,曹姗,沈志伟. 制造技术与机床. 2014(10)
[5]水润滑轴承系统三维热弹流性能有限元分析[J]. 孟凡明. 重庆大学学报. 2013(02)
[6]精密和超精密加工的应用和发展趋势[J]. 贾文佐,李晓君. 科技与企业. 2012(03)
[7]基于ANSYS Workbench的数控车床主轴系统热-结构耦合分析[J]. 何俊,赖玉活,罗锡荣,罗晓龙,房学明. 组合机床与自动化加工技术. 2011(07)
[8]高档数控装备的发展趋势[J]. 王太勇,乔志峰,韩志国,董靖川,支劲章. 中国机械工程. 2011(10)
[9]高速滑动轴承流固耦合传热及流场分析[J]. 林起崟,魏正英,唐一平,卢秉恒. 润滑与密封. 2010(10)
[10]高速水润滑动静压轴承环面节流器节流系数研究[J]. 戴攀,徐华. 润滑与密封. 2010(02)
博士论文
[1]基于CFD动网格方法的液体静压主轴回转精度机理研究[D]. 侯志泉.湖南大学 2013
硕士论文
[1]高速电主轴动静态特性的有限元分析[D]. 解文志.哈尔滨工业大学 2006
[2]高速航空主轴轴承实验器的动静态特性分析[D]. 孙德智.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：2933985
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LODTM数控高精度机床
二十世纪五十年代末，由于航空航天，计算机，微电子，激光核聚变等国域技术发展的需要，美国组织有关科研机构和公司开始了对高效精密加工技研究，随后德国和日本等国家也先后加入进来[7]。上世纪九十年代后，高效加工技术在民用领域的应用也逐渐增加，特别是光学元件加工、高精密仪器及半导体元器件加工[8]。目前，超精密加工通常指加工精度不低于 0.1μm，度 Ra 不高于 0.025μm 的加工方法，精密加工通常指加工精度在 1μm 到 0.1间，粗糙度 Ra 在 0.1μm 到 0.025μm 之间的加工方法[9-10]。上世纪五十年代以来益于液体动静压轴承的广泛应用，机械加工精度得到了大幅的提升。为了发关技术，占据工业制造领域的领先地位，一些国家都曾设立专门的研究机构定研究计划。例如下图 1.1 所示便是现有数控机床中精度最好美国 LLNL 实 LODTM 车床。正是由于采用了液体静压转台和静压导轨，使得其加工精度了 0.028μm。该机构目前在研制精度更高的下一代 POGAL 机床，在研制过借鉴了很多现有设备研发的先进技术成果和制造经验。POGAL 的研制会使体动静压轴承，其目的在于利用其优点来提高主轴的刚度及阻尼特性，并进改善其高负载能力，提高机床的工作精度。
1.2.2 精密动静压部件应用的现状液体和气体动静压部件作为保障精密机床正常工作的核心功能部件，也伴随着精密加工技术的进步和精密机床的发展取得了重要的研究进展和广泛的运用。由于精密静压部件工作时精度高、冲击小等特性，整备越来越广泛的应用到机械制造及相关领域。图 1.3 所示的德国 HYPROSTATIK 公司采用薄膜反馈节流器开发了系列导轨，丝杠，主轴，转台和滑块。其中转台系列，外径从 200mm 到 990mm。990mm 转台轴向承载力 400000N，轴向油膜刚度 24000N/μm，最高转速 90rpm采用 15 号液压油，径向和轴向跳动误差 0.3μm。图 1.4 所示为美国 ELKA 公司采用轴承间隙节流开发的电主轴。其中 ELP6/12-WG 磨削电主轴，外径 170mm，最高转速 6000rpm，功率 12.5KW，径向跳动小于 0.03μm，轴向跳动小于 0.lμm，轴头径向刚度 400N/μm，轴向刚度 65N/μm。高转速磨削电主轴 ELP350/0.4-IG/MM，外径 50mm，最高转速 350000rpm，功率 0.4KW，径向跳动小于 0.08μm，轴向跳动小于 0.12μm。德国 Monforts 司所生产机床由于采用了静压圆柱导轨，几乎无摩擦、零磨损，即使是 0.001mm 增量移动也能平稳的实现，无爬行效应，有助于保持最优的表面粗糙度。
【参考文献】：
期刊论文
[1]国产数控机床精度保持性分析及研究现状[J]. 马军旭,赵万华,张根保. 中国机械工程. 2015(22)
[2]高效精密动静压主轴热动力学耦合特性分析[J]. 郭力,曹姗,胡靖. 机械科学与技术. 2015(11)
[3]精密、超精密切削技术发展概况[J]. 马利杰,王西彬. 航空制造技术. 2015(16)
[4]精密磨床主轴深浅腔动静压轴承热弹性复合变形分析[J]. 郭力,胡靖,曹姗,沈志伟. 制造技术与机床. 2014(10)
[5]水润滑轴承系统三维热弹流性能有限元分析[J]. 孟凡明. 重庆大学学报. 2013(02)
[6]精密和超精密加工的应用和发展趋势[J]. 贾文佐,李晓君. 科技与企业. 2012(03)
[7]基于ANSYS Workbench的数控车床主轴系统热-结构耦合分析[J]. 何俊,赖玉活,罗锡荣,罗晓龙,房学明. 组合机床与自动化加工技术. 2011(07)
[8]高档数控装备的发展趋势[J]. 王太勇,乔志峰,韩志国,董靖川,支劲章. 中国机械工程. 2011(10)
[9]高速滑动轴承流固耦合传热及流场分析[J]. 林起崟,魏正英,唐一平,卢秉恒. 润滑与密封. 2010(10)
[10]高速水润滑动静压轴承环面节流器节流系数研究[J]. 戴攀,徐华. 润滑与密封. 2010(02)
博士论文
[1]基于CFD动网格方法的液体静压主轴回转精度机理研究[D]. 侯志泉.湖南大学 2013
硕士论文
[1]高速电主轴动静态特性的有限元分析[D]. 解文志.哈尔滨工业大学 2006
[2]高速航空主轴轴承实验器的动静态特性分析[D]. 孙德智.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：2933985
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