超精密车铣机床气体静压B轴转台设计及动静态特性分析

发布时间：2021-02-02 00:56

　　近年来,我国制造业不断蓬勃发展,加工制造水平日益提高,其中超精密加工制造扮演着重要角色,超精密加工机床作为精密制造的载体,一直作为超精密加工领域研究的热点对象,为了得到更好的加工精度,静压气浮支撑技术被广泛的应用到超精密机床的生产制造当中。静压气浮支撑在超精密加工应用技术当中有十分突出的优势,凭借静压气体作为支撑介质,在摩擦、精度以及功耗等精密加工极为关注的方面都有着良好的表现。虽然同为静压气体介质,但受气体压力、节流形式以及气膜厚度等因素的影响,其支撑表现各有不同,主要应用在夹载工件或刀具的支撑平台。本文将对一台小孔节流式B轴气体静压转台进行设计与研究,主要针对转台支撑系统的设计以及转台静态和动态特性的研究展开相关工作。从转台整体设计出发,建立转台设计的基本框架,从设计转台基本尺寸入手,通过阅读文献,掌握气体静压支撑系统尺寸设计基本规律,根据车床设计总体要求,对转台的整体尺寸进行了初步设计,并且对止推和径向两个方向上的气体静压轴承基本参数进行工程计算,得到计算数据,以验证转台的初步尺寸设计合理性。基于ANSYS软件对支撑系统的静态气膜结构进行仿真计算,将仿真结果与工程计算结果进行对比... 

【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】：63 页

【学位级别】：硕士

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哈尔滨工业大学工程硕士学位论文102.2.1转台系统的结构设计为了得到更高的刚度和精度，提高工作稳定性和可靠性，能承受一定的倾覆力矩，本文中转台支撑系统的固定方式设计为两端固定式。转台整体主要由气浮轴、轴套、止推板、转接套、电机、电机座、定子压圈、转子压圈、光栅支架、圆光栅、外套和底座等组成。轴套、气浮轴以及止推板材料采用38CrMoAl高级氮化钢材料，弹性模量为2.06×1011pa，泊松比为0.3，密度为7850kg/m3，为了保证配合精度，气浮轴和轴套回转面在制造过程中采用了配套研磨技术。转台其余部分零件基本采用2A12高强度硬铝合金材料，可以承载工况下的高负荷。外套与轴套、底座和电机座分别通过螺栓连接，电机座与定子压圈通过螺栓连接，转接套与电机和转子压圈分别通过螺栓连接，圆光栅与光栅支架、光栅支架与转子压圈、转子压圈与气浮轴分别通过螺栓连接。节流器的材料为H62黄铜，其具有良好的力学性能。小孔节流器的实现采用镶嵌式的结构。用于使转台供气系统密封性更强的O型圈采用氟橡胶材料。总体结构如图2-2所示。图2-2转台总体结构图2.2.2转台系统的供气设计本文中转台系统的供气设计为外部供气式，压力气体通过三级过滤器和精密减压阀后进入转台系统，如图2-3所示，过滤器和减压阀能够精确调整供气压力，

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文11并且去除气源中可能的水分、油脂和杂质等，然后通过气动接头从转台的外套进入轴套的供气孔内，流经节流孔产生具有一定压力的气膜，然后排出到大气当中。由于B轴转台为静压式转台，所以需要保证外部供气压力保持稳定，又轴承内缝隙狭窄，尺寸精密，所以要尽量避免内部气体的堵塞和污染。常用气体压缩机或气瓶作为气源，供气压力PS通常在20~100N/cm2之间，保证压力稳定和气体清洁，必须有较精密的稳压器和过滤器。图2-3过滤器和减压阀2.3转台的支撑系统设计根据设计要求的综合考虑，本文转台支撑系统节流形式采用小孔节流形式，小孔节流方式具有结构简单、易于加工等特点，并且能提供良好的承载力和刚度。将径向和轴向两个方向上用于提供支撑的节流器全部设计在轴套上，那么轴套上下断面分别与工作台和止推板轴向形成支撑气膜，轴套内径与气浮轴外径形成径向支撑气膜，以上零部件与气膜则构成了转台的支撑系统。考虑到转台在承载力和刚度上的要求，在轴套轴向上下断面各设计均布8个节流器，径向上均布两排各8个节流器，共32个节流器。为了即便于加工又能达到很好的节流效果节流器的直径设计为0.2mm。偏心率e是支撑系统的重要参数，当转台受到外载荷力时，气膜厚度将产生变化，其与节流器配合即达到上下气膜压力差，承载力就形成了，容易知道，在气膜承受范围内，偏心率e越大支撑系统的承载力则越大，而支撑系统的刚度则是在e=0时最大，所以我们需要选择合适的偏心率使得支撑系统的承载力和刚度都有很好的表现，结合实际设计要求，我们选择偏心率e=0.5。供气压力PS常常是不能由设计者随意改变的参数，其值不能过高或者过低。PS与承载能力F的函数关系是单调递增的，所以供气压力PS的选择是在不产生


本文编号：3013747