實(shí)現(xiàn)機(jī)床溜板1nm分辨率運(yùn)動(dòng)的相關(guān)理論及關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、納米級(jí)分辨率的運(yùn)動(dòng)是當(dāng)今超精密機(jī)床精度指標(biāo)的特征標(biāo)志。為了實(shí)現(xiàn)機(jī)床溜板1nm分辨率的運(yùn)動(dòng)，本文結(jié)合超精密機(jī)床的發(fā)展規(guī)律，運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，在分析多種實(shí)施條件可行性的基礎(chǔ)上，確定了兩大主要技術(shù)研究對(duì)象：機(jī)床的溜板結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，并對(duì)其深入研究。在機(jī)床溜板結(jié)構(gòu)技術(shù)研究中，為了避免導(dǎo)軌誤差產(chǎn)生的流體激振，設(shè)計(jì)了無(wú)遲滯、自耦合的溜板結(jié)構(gòu)；為了使溜板具有適于納米驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)定狀態(tài)，針對(duì)超精密機(jī)床中的微振動(dòng)進(jìn)行了成因分析和特征辨識(shí)及抑制方法研究。在驅(qū)

2、動(dòng)結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)了高分辨率的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)控制的技術(shù)方案。最終通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法驗(yàn)證了設(shè)計(jì)與研究的合理性，實(shí)現(xiàn)了溜板1nm分辨率的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。本文的主要工作有： （1）論證了影響納米分辨率運(yùn)動(dòng)的測(cè)試及實(shí)施的條件技術(shù)，分析了研究的可行性并確定了多影響因素中目標(biāo)的優(yōu)化途徑及技術(shù)的主成分。 （2）設(shè)計(jì)了無(wú)遲滯、自耦合的溜板結(jié)構(gòu)。對(duì)于結(jié)構(gòu)中的多孔質(zhì)軸承的微觀分形結(jié)構(gòu)、流體力學(xué)原理和特性進(jìn)行了分析和CFD仿真。對(duì)于導(dǎo)軌副的誤差引起的激振

3、原理以及解決方法做了論述。 （3）在超精密機(jī)床中提出了微振動(dòng)的概念。從溜板軸承內(nèi)部流體和溜板外部攝動(dòng)兩個(gè)方面對(duì)微振動(dòng)的成因進(jìn)行了分析。建立了多孔質(zhì)軸承的管道模型結(jié)構(gòu)。指出了控制微振動(dòng)的三個(gè)基本要素。 （4）對(duì)微振動(dòng)的特征辨識(shí)做了研究。運(yùn)用頻譜分析、小波變換、非線性動(dòng)力學(xué)等方法進(jìn)行了辨識(shí)研究。通過(guò)功率譜分析、李雅普諾夫指數(shù)、分形維數(shù)及柯熵的研究，確立了微振動(dòng)與混沌的關(guān)系。提出了基于混沌控制的微振動(dòng)的抑制方法。 （5

4、）設(shè)計(jì)了高分辨率的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)并提出驅(qū)動(dòng)控制的技術(shù)方案。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)具有兩大主要特點(diǎn)：即徑向懸浮式主導(dǎo)結(jié)構(gòu)和差異剛性聯(lián)接與隔振驅(qū)動(dòng)一體化結(jié)構(gòu)。在基于赫茲理論的滾動(dòng)體的受力分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了可調(diào)整預(yù)負(fù)荷的螺母結(jié)構(gòu)和聯(lián)接結(jié)構(gòu)。 （6）對(duì)開(kāi)發(fā)的技術(shù)方案進(jìn)行了分析驗(yàn)證。內(nèi)容包括：對(duì)地基的激振擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)、用功率譜方法測(cè)定溜板的剛度實(shí)驗(yàn)、溜板與床身微振動(dòng)的相序關(guān)系檢驗(yàn)、微振動(dòng)系統(tǒng)的相軌跡和吸引子結(jié)構(gòu)、微振動(dòng)抑制條件下機(jī)床金剛石刀具的切削效果驗(yàn)證