超精密垂直運動系統(tǒng)靜動態(tài)特性建模及幾何誤差分析.pdf

1、基于機械切削方法加工微結(jié)構(gòu)和微零件，由于其加工效率高、成本低及加工材料范圍廣泛等特點，越來越引起人們重視。具備超精密垂直運動系統(tǒng)的超精密機床在加工復雜面形光學曲面、自由曲面模具及大型超精密光學零件等方面，具有廣泛應用價值和前景。然而由于超精密垂直運動系統(tǒng)運動方向平行于重力方向，其受載工況較水平直線軸更為嚴苛，對超精密垂直運動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式、關(guān)鍵部件設(shè)計、動態(tài)特性、誤差運動及控制等提出了挑戰(zhàn)。目前，超精密垂直運動系統(tǒng)已成為制約國內(nèi)超精密機床

2、發(fā)展研制的瓶頸，因此有必要對超精密垂直運動系統(tǒng)進行深入研究。
　　針對超精密多軸聯(lián)動機床的應用需求，首先基于對稱性準則，進行超精密垂直運動系統(tǒng)總體設(shè)計。在綜合對比分析傳統(tǒng)構(gòu)型液體靜壓導軌優(yōu)缺點基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種新型內(nèi)滑塊式定導軌供油閉合框架式液體靜壓導軌。然后建立了垂直運動系統(tǒng)剛度鏈數(shù)學模型，定量分析垂直運動系統(tǒng)驅(qū)動偏心、卸荷位置、液體靜壓導軌油膜剛度及靜壓導軌幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)對超精密垂直運動系統(tǒng)準靜態(tài)誤差影響規(guī)律。
　　在上述

3、研究基礎(chǔ)上，針對超精密垂直運動系統(tǒng)關(guān)鍵部件——小孔節(jié)流液體靜壓導軌，建立變油膜厚度液體靜壓潤滑一般Reynolds方程，給出了變油膜厚度Reynolds方程有限差分數(shù)值求解模型。利用該模型，定量分析了重力場、靜壓導軌設(shè)計參數(shù)、結(jié)構(gòu)彈性變形及潤滑油膜工作溫度對超精密垂直運動系統(tǒng)矩形油墊液體靜壓導軌靜態(tài)特性影響規(guī)律。進而提出了液體靜壓導軌雙迭代修正魯棒性設(shè)計法，并運用該方法對超精密垂直運動系統(tǒng)液體靜壓導軌進行優(yōu)化。
　　建立超精密垂直

4、運動系統(tǒng)整體動力學模型，從超精密垂直運動系統(tǒng)阻尼特性角度，建立了超精密垂直運動系統(tǒng)矩形油墊靜壓導軌切向及法向阻尼理論模型。通過對比分析法，研究了超精密垂直運動系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)剛度、負載質(zhì)量、靜壓油膜接合面等因素對超精密垂直運動系統(tǒng)整體動態(tài)特性影響規(guī)律。利用有限元諧響應分析法，對比分析了不同潤滑油對超精密垂直運動系統(tǒng)動態(tài)響應特性影響規(guī)律。
　　建立基于三維輪廓誤差的超精密垂直運動系統(tǒng)液體靜壓導軌幾何誤差運動模型，利用該模型研究了超精密垂

5、直運動系統(tǒng)液體靜壓導軌寬度方向及長度方向面形誤差對其幾何誤差運動影響規(guī)律。針對靜壓導軌結(jié)構(gòu)的不同，揭示開式結(jié)構(gòu)靜壓導軌與閉式結(jié)構(gòu)靜壓導軌誤差運動的本質(zhì)區(qū)別。給出了超精密垂直運動系統(tǒng)液體靜壓導軌設(shè)計補充指導準則，并對提出的靜壓導軌幾何誤差運動模型進行了有效性實驗驗證。在此基礎(chǔ)上，以超精密多軸聯(lián)動機床為應用背景，建立考慮油膜誤差均化作用的超精密垂直運動系統(tǒng)幾何誤差傳遞鏈模型。利用該模型，分析研究零部件裝配誤差對超精密垂直運動系統(tǒng)空間位姿誤差