超精密磨床液体静压导轨静动态特性研究
发布时间：2021-01-15 21:04
激光器拥有广阔的应用前景,而用来发生激光的激光晶体属于难加工材料,对加工机床的性能要求较高;与此同时,高水平的超精密机床是当今前沿科技不可或缺的重要支撑,而我国在该领域距离世界先进水平仍有较大距离,发展超精密技术具有重要意义。导轨系统作为机床的组成部分,其性能优劣对机床质量影响重大。本文参照世界先进超精密机床特点,根据项目要求设计了一台液体静压导轨,确定了其结构形式和相关参数,通过理论推导得到了油垫承载力和刚度特性,研究了导轨静态承载特性与设计参数之间的关系,提出了使得油垫初始刚度接近工作中最大刚度的设计方法。在静态分析的基础上,通过对油膜建立动力学模型,利用仿真得到导轨受力之后位移达到稳定的过渡过程及其动态刚度的特性。借助于仿真软件,对单油垫油膜进行了流体仿真,研究了油膜部分的压力和流速分布,分析了其与理论之间的误差并通过参数修改进行了验证。以此为基础,对导轨系统进行耦合仿真,研究了溜板在油压作用下的变形情况,分析了该现象对导轨运动直线度的影响。通过利用弹簧连接模拟导轨结合面并同时考虑油压的作用,对溜板进行预应力模态仿真和谐响应分析,得到了溜板的前六阶模态参数和上平面在不同频率载荷下...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LODTM机床[11]
.2.1.1 国外研究现状超精密加工一般指加工出的工件表面粗糙度达到纳米级别，形位和尺寸精到亚微米级别。目前，在该领域处于领先地位的国家包括美国、德国、日本等外，荷兰、俄罗斯、瑞士等国家在相关领域也具有较高的技术水平[9]。20 世纪 60 年代，美国为了完成核聚变反射镜、非球面零件等各种难加工、度的加工任务，研发了单点金刚石切削技术，并制造出相应的加工机床，成界上第一个进行超精密技术研究的国家。此后，应军工、航天等高精尖技术求，美国在该领域不断进步，始终保持着世界领先的地位。目前，已经具备型号的超精密设备研发能力。劳伦斯利弗莫尔实验室(LLNL)是美国在该领域表机构，其在上世纪 60-80 年代，研制出 DTM-1、DTM-2、DTM-3 和 LODT知名金刚石车床[11]，LODTM 和 DTM-3 这两台机床直至今日依旧被认为代表界最高加工水平。LODTM 机床如图 1-1 所示，主要用来加工大型精密反射镜以加工的最大工件直径达 1.65m，并且能够达到 28nm 的加工精度。该机床使压力油的液体静压导轨，能够实现运动直线度小于 25nm/1m[12]。该实验室目止还研制了磁流变曲面抛光机床、KDP 晶体飞切机床等设备[9]。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文集成了多项纳米控制技术，主轴和导轨采用气体支承，能实现对各种沟槽的精密高效加工，表面粗糙度可以达到纳米级别[9]。德国作为工业强国，在超精密加工方面也有深入研究。弗劳恩霍夫研究所(IPT)、亚琛工业大学、Kugler 公司为德国主要超精密研究单位。Kugler 公司在微细加工研究方面有较高水准，图 1-8 所示为该公司研制的在工件外圆表面进行微结构加工的车床，加工精度达到亚微米级别[13]。从上述研究现状可见，无论在广度和深度上，部分工业强国已经在超精密加工领域有了很高的造诣，研制的设备类型几乎覆盖各个层面，且主轴和导轨系统基本上全部采用流体润滑，但是具体的研究方案和设计内容受到了严格的保密，无从了解设备的研发细节。
【参考文献】：
期刊论文
[1]静压工作台油垫结构分析与优化[J]. 赵大兴,张斌,丁国龙,靖马超. 机床与液压. 2017(21)
[2]大功率激光器及其发展[J]. 王狮凌,房丰洲. 激光与光电子学进展. 2017(09)
[3]高性能倍半氧化物激光晶体生长及制造工艺与装备[J]. 赖敏. 天津科技. 2016(12)
[4]静压工作台油膜厚度智能补偿控制方案[J]. 赵大兴,李杰,丁国龙,陈飞鹏,赵迪. 机床与液压. 2016(17)
[5]基于纳米压痕测试的激光晶体光学加工性能研究[J]. 陈贤华,谢瑞清,侯晶,汪圣飞,张哲,赵世杰,廖德锋. 人工晶体学报. 2016(07)
[6]Research and Development of Heat-Resistant Materials for Advanced USC Power Plants with Steam Temperatures of 700℃ and Above[J]. Fujio Abe. Engineering. 2015(02)
[7]超精密定位工作台静压导轨静态特性及流场仿真分析[J]. 龚俭龙,赵翼翔,刘强,陈新,王昆. 机床与液压. 2015(07)
[8]高功率激光晶体加工技术的研究[J]. 侯晶,王洪祥,廖德锋,陈贤华,谢瑞清,王健. 强激光与粒子束. 2014(07)
[9]超精密机床研究现状与展望[J]. 梁迎春,陈国达,孙雅洲,陈家轩,陈万群,于楠. 哈尔滨工业大学学报. 2014(05)
[10]流固耦合对油静压导轨动静特性的影响[J]. 王智伟,查俊,陈耀龙,赵万华. 机械工程学报. 2014(09)
博士论文
[1]流体静压支承对超精密金刚石车床动态特性影响的研究[D]. 侯国安.哈尔滨工业大学 2013
硕士论文
[1]液体静压导轨静动态特性分析及阻尼辨识[D]. 刘灿.西安理工大学 2015
[2]液体静压导轨设计优化与数控修形技术[D]. 王炯琨.国防科学技术大学 2014
[3]超精密液体静压导轨静动态特性分析及控制技术研究[D]. 董鹏程.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：2979513
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LODTM机床[11]
.2.1.1 国外研究现状超精密加工一般指加工出的工件表面粗糙度达到纳米级别，形位和尺寸精到亚微米级别。目前，在该领域处于领先地位的国家包括美国、德国、日本等外，荷兰、俄罗斯、瑞士等国家在相关领域也具有较高的技术水平[9]。20 世纪 60 年代，美国为了完成核聚变反射镜、非球面零件等各种难加工、度的加工任务，研发了单点金刚石切削技术，并制造出相应的加工机床，成界上第一个进行超精密技术研究的国家。此后，应军工、航天等高精尖技术求，美国在该领域不断进步，始终保持着世界领先的地位。目前，已经具备型号的超精密设备研发能力。劳伦斯利弗莫尔实验室(LLNL)是美国在该领域表机构，其在上世纪 60-80 年代，研制出 DTM-1、DTM-2、DTM-3 和 LODT知名金刚石车床[11]，LODTM 和 DTM-3 这两台机床直至今日依旧被认为代表界最高加工水平。LODTM 机床如图 1-1 所示，主要用来加工大型精密反射镜以加工的最大工件直径达 1.65m，并且能够达到 28nm 的加工精度。该机床使压力油的液体静压导轨，能够实现运动直线度小于 25nm/1m[12]。该实验室目止还研制了磁流变曲面抛光机床、KDP 晶体飞切机床等设备[9]。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文集成了多项纳米控制技术，主轴和导轨采用气体支承，能实现对各种沟槽的精密高效加工，表面粗糙度可以达到纳米级别[9]。德国作为工业强国，在超精密加工方面也有深入研究。弗劳恩霍夫研究所(IPT)、亚琛工业大学、Kugler 公司为德国主要超精密研究单位。Kugler 公司在微细加工研究方面有较高水准，图 1-8 所示为该公司研制的在工件外圆表面进行微结构加工的车床，加工精度达到亚微米级别[13]。从上述研究现状可见，无论在广度和深度上，部分工业强国已经在超精密加工领域有了很高的造诣，研制的设备类型几乎覆盖各个层面，且主轴和导轨系统基本上全部采用流体润滑，但是具体的研究方案和设计内容受到了严格的保密，无从了解设备的研发细节。
【参考文献】：
期刊论文
[1]静压工作台油垫结构分析与优化[J]. 赵大兴,张斌,丁国龙,靖马超. 机床与液压. 2017(21)
[2]大功率激光器及其发展[J]. 王狮凌,房丰洲. 激光与光电子学进展. 2017(09)
[3]高性能倍半氧化物激光晶体生长及制造工艺与装备[J]. 赖敏. 天津科技. 2016(12)
[4]静压工作台油膜厚度智能补偿控制方案[J]. 赵大兴,李杰,丁国龙,陈飞鹏,赵迪. 机床与液压. 2016(17)
[5]基于纳米压痕测试的激光晶体光学加工性能研究[J]. 陈贤华,谢瑞清,侯晶,汪圣飞,张哲,赵世杰,廖德锋. 人工晶体学报. 2016(07)
[6]Research and Development of Heat-Resistant Materials for Advanced USC Power Plants with Steam Temperatures of 700℃ and Above[J]. Fujio Abe. Engineering. 2015(02)
[7]超精密定位工作台静压导轨静态特性及流场仿真分析[J]. 龚俭龙,赵翼翔,刘强,陈新,王昆. 机床与液压. 2015(07)
[8]高功率激光晶体加工技术的研究[J]. 侯晶,王洪祥,廖德锋,陈贤华,谢瑞清,王健. 强激光与粒子束. 2014(07)
[9]超精密机床研究现状与展望[J]. 梁迎春,陈国达,孙雅洲,陈家轩,陈万群,于楠. 哈尔滨工业大学学报. 2014(05)
[10]流固耦合对油静压导轨动静特性的影响[J]. 王智伟,查俊,陈耀龙,赵万华. 机械工程学报. 2014(09)
博士论文
[1]流体静压支承对超精密金刚石车床动态特性影响的研究[D]. 侯国安.哈尔滨工业大学 2013
硕士论文
[1]液体静压导轨静动态特性分析及阻尼辨识[D]. 刘灿.西安理工大学 2015
[2]液体静压导轨设计优化与数控修形技术[D]. 王炯琨.国防科学技术大学 2014
[3]超精密液体静压导轨静动态特性分析及控制技术研究[D]. 董鹏程.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：2979513
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