超精密机床气浮主轴振动特性仿真与实验研究
发布时间：2021-01-18 13:51
随着科学技术的飞速发展,超精密加工技术水平已经成为衡量一个国家综合实力强弱的重要标志之一。超精密机床是超精密加工技术中的重要装备。超精密机床的主轴直接参与到加工过程中,其回转精度将直接影响加工工件的精度。超精密机床主轴系统是一个集机械结构、伺服控制系统和静压系统为一体的复杂系统,各部件的稳定性都会影响主轴的动态特性。本文对三轴超精密机床的主轴系统主要部件进行研究,针对超精密主轴系统自身引起的振动以及主轴外部因素振动对主轴的影响等问题进行讨论,为解决振源识别问题提供一定的参考。首先,本文研究了超精密气浮主轴系统中电机对主轴运动的影响,明确了电机的转子偏心对工件加工表面的影响。以超精密机床气浮主轴系统中常采用的永磁同步电机为研究对象,对电机偏心状态下不平衡磁拉力进行理论建模和仿真研究,得到电机不平衡磁拉力随偏心率的变化规律;建立了电机偏心影响下的工件表面三维形貌的预测模型;采用加工端平面的实验方法对此模型进行验证,研究电机偏心对加工形貌的影响规律。其次,超精密气浮主轴部件是一个复杂的系统,因此本文通过建立转子动力学系统模型应用仿真得到气体静压轴承的承载能力和刚度对主轴系统的影响;进一步对电...
【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】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超精密应用器械[1]
图 1-2 美国 LODTM 大型金刚石车床[2]精密多轴联动机床可以实现多自由度的旋转，可以在更复杂的零提高零件的精度。特别是美国、日本和德国，对五轴超精密机床水平的研究，极大的提高了本国的军事和科技发展水平。国内对研究起步较晚，但在众多的大学，研究机构和公司对超精密技术努力下，国内超精密技术稳步提高，不断地缩短与发达国家之间 选题意义精密机床主要由主轴系统和进给系统组成，两者协调运行是超精。主轴系统和进给系统的动态性能决定了机床的精度。主轴通过件，直接参与到切削加工的过程中。机床主轴的不平衡回转将导振动，进而对工件加工质量产生极大影响，因此国内外众多学者主轴系统都进行了广泛的研究并给予高度的重视。机作为主轴的驱动系统对主轴系统回转运动影响极大。本课题选同步电机作为主轴电机进行研究，电机采用后置式安装方式。由
图 1-3 摩尔公司 Nanotech 250UPL[6]citech 公司的 Nanoform X 小框架金刚石车床、Naneform L 机床等均采用了 HS150 主轴，热稳定性极小于 1 nm；Nanoform L1000 机床采用大载荷 H0ultra 车床采用高速 HS75 主轴，其主轴型号参数如轴如图 1-4 所示。表 1-1 主轴形貌参数表型 高速 HS75 主轴 HS150 主轴 大载积分无刷电机 积分无刷电机 积 105 N/μm 230 N/μm 35 N/μm 130 N/μm 轴向/径向≤20nm 轴向/径向≤15 nm 轴向度 ±1 弧秒 ±1 弧秒 度 2500 rpm 1500 rpm
【参考文献】：
期刊论文
[1]低速永磁同步电动机应用现状及其发展趋势分析[J]. 兰栋. 科技创新与应用. 2018(14)
[2]高速气浮电主轴转子系统不平衡响应分析[J]. 喻丽华,谢庆生,李少波,黄海松. 重庆大学学报. 2014(09)
[3]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)
[4]气隙偏心下永磁电机转子系统的振动特性分析[J]. 岳二团,甘春标,杨世锡. 振动与冲击. 2014(08)
[5]计电磁不平衡拉力的高速电主轴转子偏心特性研究[J]. 陈小安,张朋,陆永亚,合烨,刘俊峰. 振动与冲击. 2014(02)
[6]永磁同步电动机径向电磁力的分析[J]. 刘景辉,黄开胜,陈治宇,李芳玲. 微特电机. 2013(05)
[7]超精密飞刀切削加工表面中频微波纹产生机理[J]. 安晨辉,王健,张飞虎,许乔,陈东菊. 纳米技术与精密工程. 2010(05)
[8]电机不平衡磁拉力研究现状与展望[J]. 白晖宇,荆建平,孟光. 噪声与振动控制. 2009(06)
[9]永磁同步电机无位置传感器运行场路耦合分析[J]. 年珩,贺益康,黄雷. 中国电机工程学报. 2008(18)
[10]主轴驱动系统和主轴电机发展趋势[J]. 杨玥. 广西轻工业. 2008(03)
博士论文
[1]轴颈误差和电磁偏心对动静压电主轴回转精度的影响研究[D]. 孟曙光.湖南大学 2016
[2]永磁同步电机电磁振动分析[D]. 杨浩东.浙江大学 2011
[3]微纳米动态切削系统建模及表面形貌的预测分析研究[D]. 周磊.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]超精密加工铝反射镜表面形貌建模及散射特性研究[D]. 林杰.哈尔滨工业大学 2018
[2]考虑转子偏心的表贴式永磁同步电机电磁力特性分析[D]. 孙晶晶.浙江大学 2016
[3]基于小波分析的超精密加工机床振动分析研究[D]. 翟杨.长春理工大学 2010
本文编号：2985065
【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】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超精密应用器械[1]
图 1-2 美国 LODTM 大型金刚石车床[2]精密多轴联动机床可以实现多自由度的旋转，可以在更复杂的零提高零件的精度。特别是美国、日本和德国，对五轴超精密机床水平的研究，极大的提高了本国的军事和科技发展水平。国内对研究起步较晚，但在众多的大学，研究机构和公司对超精密技术努力下，国内超精密技术稳步提高，不断地缩短与发达国家之间 选题意义精密机床主要由主轴系统和进给系统组成，两者协调运行是超精。主轴系统和进给系统的动态性能决定了机床的精度。主轴通过件，直接参与到切削加工的过程中。机床主轴的不平衡回转将导振动，进而对工件加工质量产生极大影响，因此国内外众多学者主轴系统都进行了广泛的研究并给予高度的重视。机作为主轴的驱动系统对主轴系统回转运动影响极大。本课题选同步电机作为主轴电机进行研究，电机采用后置式安装方式。由
图 1-3 摩尔公司 Nanotech 250UPL[6]citech 公司的 Nanoform X 小框架金刚石车床、Naneform L 机床等均采用了 HS150 主轴，热稳定性极小于 1 nm；Nanoform L1000 机床采用大载荷 H0ultra 车床采用高速 HS75 主轴，其主轴型号参数如轴如图 1-4 所示。表 1-1 主轴形貌参数表型 高速 HS75 主轴 HS150 主轴 大载积分无刷电机 积分无刷电机 积 105 N/μm 230 N/μm 35 N/μm 130 N/μm 轴向/径向≤20nm 轴向/径向≤15 nm 轴向度 ±1 弧秒 ±1 弧秒 度 2500 rpm 1500 rpm
【参考文献】：
期刊论文
[1]低速永磁同步电动机应用现状及其发展趋势分析[J]. 兰栋. 科技创新与应用. 2018(14)
[2]高速气浮电主轴转子系统不平衡响应分析[J]. 喻丽华,谢庆生,李少波,黄海松. 重庆大学学报. 2014(09)
[3]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)
[4]气隙偏心下永磁电机转子系统的振动特性分析[J]. 岳二团,甘春标,杨世锡. 振动与冲击. 2014(08)
[5]计电磁不平衡拉力的高速电主轴转子偏心特性研究[J]. 陈小安,张朋,陆永亚,合烨,刘俊峰. 振动与冲击. 2014(02)
[6]永磁同步电动机径向电磁力的分析[J]. 刘景辉,黄开胜,陈治宇,李芳玲. 微特电机. 2013(05)
[7]超精密飞刀切削加工表面中频微波纹产生机理[J]. 安晨辉,王健,张飞虎,许乔,陈东菊. 纳米技术与精密工程. 2010(05)
[8]电机不平衡磁拉力研究现状与展望[J]. 白晖宇,荆建平,孟光. 噪声与振动控制. 2009(06)
[9]永磁同步电机无位置传感器运行场路耦合分析[J]. 年珩,贺益康,黄雷. 中国电机工程学报. 2008(18)
[10]主轴驱动系统和主轴电机发展趋势[J]. 杨玥. 广西轻工业. 2008(03)
博士论文
[1]轴颈误差和电磁偏心对动静压电主轴回转精度的影响研究[D]. 孟曙光.湖南大学 2016
[2]永磁同步电机电磁振动分析[D]. 杨浩东.浙江大学 2011
[3]微纳米动态切削系统建模及表面形貌的预测分析研究[D]. 周磊.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]超精密加工铝反射镜表面形貌建模及散射特性研究[D]. 林杰.哈尔滨工业大学 2018
[2]考虑转子偏心的表贴式永磁同步电机电磁力特性分析[D]. 孙晶晶.浙江大学 2016
[3]基于小波分析的超精密加工机床振动分析研究[D]. 翟杨.长春理工大学 2010
本文编号：2985065
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