飛切機床主軸特性對表面波紋度影響及動態(tài)測試系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著機床加工精度的逐步提高,超精密切削加工已經(jīng)進入納米切削加工領(lǐng)域,可以直接加工出表面粗糙度幾納米、面形精度數(shù)百納米的平面以及各種曲面元件。但隨著光學、電子等現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展,超精密切削加工表面的質(zhì)量仍不能滿足其使用性能需求,隨之而來對超精密加工設(shè)備性能的要求越來越高。因此,如何進一步提高超精密切削加工設(shè)備的性能進而提高加工表面的質(zhì)量成為超精密加工領(lǐng)域面臨的重要課題。
　　本文主要基于超精密飛切加工表面切向波紋度生成機理對機床立

2、式靜壓主軸系統(tǒng)的靜動態(tài)特性及測試系統(tǒng)展開研究。在超精密飛切加工機床主軸系統(tǒng)徑向推力聯(lián)合氣體靜壓軸承靜態(tài)特性分析的基礎(chǔ)上,理論分析了主軸轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)過程中陀螺力矩的影響規(guī)律,得到主軸轉(zhuǎn)子偏擺運動規(guī)律;通過建立主軸系統(tǒng)質(zhì)量剛度模型研究了加工過程中間斷切削沖擊力對主軸系統(tǒng)的影響及其產(chǎn)生的結(jié)果;對機床主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進行了系統(tǒng)的模態(tài)分析與計算,證明了主軸系統(tǒng)刀盤部件在切削力作用下的模態(tài)振動是加工表面波紋度產(chǎn)生的主要原因,并提出了抑制措施。建立了飛切加工

3、機床立式主軸回轉(zhuǎn)運動在線測試系統(tǒng),分別對主軸準靜態(tài)、空轉(zhuǎn)運行、切削加工狀態(tài)下主軸回轉(zhuǎn)運動狀態(tài)進行了系統(tǒng)的測試與分析,得到了各個狀態(tài)下主軸回轉(zhuǎn)運動的數(shù)值表征與運動規(guī)律,掌握了主軸的回轉(zhuǎn)運動狀態(tài)。
　　論文首先從機床主軸系統(tǒng)的靜壓軸承結(jié)構(gòu)著手進行分析,建立了軸承壓力氣膜模型,分析了軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)對軸承主要的靜態(tài)參數(shù)的影響規(guī)律;理論分析了主軸回轉(zhuǎn)過程中的陀螺效應(yīng)現(xiàn)象,推導出適合于飛刀切削加工機床主軸的主軸轉(zhuǎn)子陀螺力矩數(shù)學模型,得到了主軸轉(zhuǎn)

4、子偏擺角度運動規(guī)律;分析了主軸系統(tǒng)由于質(zhì)量不平衡引起主軸回轉(zhuǎn)運動中同步與異步渦動產(chǎn)生的原因,得到了系統(tǒng)剛度、阻尼、轉(zhuǎn)子質(zhì)量等物理量對同步渦動的影響規(guī)律。
　　建立了主軸系統(tǒng)質(zhì)量-剛度等效模型及相應(yīng)的運動微分方程,得到了主軸主要部件剛度與質(zhì)量變化時主軸激振頻率的變化規(guī)律;建立了主軸系統(tǒng)的動力學模型,計算分析了主軸系統(tǒng)的各階固有頻率及振型,在此基礎(chǔ)上,利用有限元法及主軸系統(tǒng)模態(tài)實驗驗證了理論分析結(jié)果的正確性,證明了主軸系統(tǒng)刀盤部件在切

5、削力作用下的模態(tài)振動是加工表面切向波紋度產(chǎn)生的根本原因,并提出了抑制措施。
　　建立了超精密飛切加工機床立式主軸回轉(zhuǎn)運動在線測試系統(tǒng);理論分析了標準球安裝誤差與電容傳感器探頭安裝誤差對測試結(jié)果的影響規(guī)律,通過實際測試結(jié)果分析了傳感器探頭支撐結(jié)構(gòu)對測試結(jié)果的影響;針對超精密飛切加工機床主軸測試環(huán)境的要求,對傳感器噪聲信號、液壓系統(tǒng)、導軌系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)等對測試結(jié)果的影響做了系統(tǒng)的分析,得到了這些影響因素的特征頻率以及對測試結(jié)果的影響規(guī)