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

1、基于機(jī)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(yùn)動系統(tǒng)的超精密機(jī)床在加工復(fù)雜面形光學(xué)曲面、自由曲面模具及大型超精密光學(xué)零件等方面，具有廣泛應(yīng)用價值和前景。然而由于超精密垂直運(yùn)動系統(tǒng)運(yùn)動方向平行于重力方向，其受載工況較水平直線軸更為嚴(yán)苛，對超精密垂直運(yùn)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(yùn)動及控制等提出了挑戰(zhàn)。目前，超精密垂直運(yùn)動系統(tǒng)已成為制約國內(nèi)超精密機(jī)床

2、發(fā)展研制的瓶頸，因此有必要對超精密垂直運(yùn)動系統(tǒng)進(jìn)行深入研究。
　　針對超精密多軸聯(lián)動機(jī)床的應(yīng)用需求，首先基于對稱性準(zhǔn)則，進(jìn)行超精密垂直運(yùn)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(dǎo)軌優(yōu)缺點基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種新型內(nèi)滑塊式定導(dǎo)軌供油閉合框架式液體靜壓導(dǎo)軌。然后建立了垂直運(yùn)動系統(tǒng)剛度鏈數(shù)學(xué)模型，定量分析垂直運(yùn)動系統(tǒng)驅(qū)動偏心、卸荷位置、液體靜壓導(dǎo)軌油膜剛度及靜壓導(dǎo)軌幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)對超精密垂直運(yùn)動系統(tǒng)準(zhǔn)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(yùn)動系統(tǒng)關(guān)鍵部件——小孔節(jié)流液體靜壓導(dǎo)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?jǐn)?shù)值求解模型。利用該模型，定量分析了重力場、靜壓導(dǎo)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(yùn)動系統(tǒng)矩形油墊液體靜壓導(dǎo)軌靜態(tài)特性影響規(guī)律。進(jìn)而提出了液體靜壓導(dǎo)軌雙迭代修正魯棒性設(shè)計法，并運(yùn)用該方法對超精密垂直運(yùn)動系統(tǒng)液體靜壓導(dǎo)軌進(jìn)行優(yōu)化。
　　建立超精密垂直

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

5、直運(yùn)動系統(tǒng)液體靜壓導(dǎo)軌寬度方向及長度方向面形誤差對其幾何誤差運(yùn)動影響規(guī)律。針對靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)的不同，揭示開式結(jié)構(gòu)靜壓導(dǎo)軌與閉式結(jié)構(gòu)靜壓導(dǎo)軌誤差運(yùn)動的本質(zhì)區(qū)別。給出了超精密垂直運(yùn)動系統(tǒng)液體靜壓導(dǎo)軌設(shè)計補(bǔ)充指導(dǎo)準(zhǔn)則，并對提出的靜壓導(dǎo)軌幾何誤差運(yùn)動模型進(jìn)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(jī)床為應(yīng)用背景，建立考慮油膜誤差均化作用的超精密垂直運(yùn)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(yùn)動系統(tǒng)空間位姿誤差