超精密液体静压转台装配技术北大核心

制造与装配是高精度液体静压转台核心技术之一。对某超精密液体静压转台,根据其技术要求和结构特点,系统梳理了其装配流程及装配技术难点,提出了支承组件制造与装配精度保证、装配过程变形控制、精度保持性、可靠性考核与提升是转台装配的关键环节并对其控制要点及技术难点提出了解决措施。装配的高精度液体静压转台并应用于某数控立式磨床并累积通过2 500 h应用考核,实现了外圆圆度0.45μm内孔圆度0.45μm的磨削精度,验证了转台工作状态下的动态回转精度、刚度及可靠性。     

精密光电测试转台热特性仿真分析

本精密光电测试转台用于高精度星敏感器的地面标定检测系统,其置于地面模拟空间环境中,要求其在恶劣的模拟空间环境中具有极高的精度.为了研究精密转台在模拟的空间高、低温真空环境中的变形特点及工作精度,首先分析了转台所处的高、低温真空环境的特点,给出了转台在高、低温真空环境中的主要传热途径,然后合理地选择了转台材料并设计了转台的机械结构,最后应用ANSYS有限元分析软件对转台做了热-结构耦合仿真分析.通过仿真分析,得到了转台在两个极限温度(-60℃和90℃)环境中达到热平衡时的温度变化特性和整体变形量,进而得出了变形对转台在高、低温真空环境中精度的影响.结合对转台的使用精度要求,对转台进行了结构优化设计,最终使转台达到了所需要的工作精度要求.     

液体静压转台倾斜油膜承载特性解析

针对CFD数值仿真计算过程中建模周期长、计算效率低的缺点,基于各封油边当量油膜厚度思想采用解析法来研究液体静压转台倾斜承载特性,推导了倾斜油膜承载力、弯矩和刚度的计算公式,提高了计算效率。利用CFD软件Fluent对油膜进行了数值仿真,结果表明倾斜油膜承载力误差保持在6%以内,弯矩误差保持在8%以内,验证了解析公式的可靠性。利用所提出的解析方法研究了倾斜位移率、供油压力、节流孔径和转速对油膜基本性能参数的影响规律。     

超精密全口径抛光机气浮转台的静态特性

为了分析角摆和转速对超精密全口径抛光机气浮转台静态特性的影响,建立了一种数值计算方法.将考虑角摆后的气膜厚度方程带入雷诺方程,此时的方程含有角摆和转速项,采用有限差分法进行离散并通过联合流量平衡方程进行数值求解.计算结果表明:单一角摆下,气浮转台的最大极限角摆为5×10-5 rad,随着角摆的增大,气膜厚度最大值逐渐增...     

液体静压主轴热态特性多物理场耦合仿真与实验研究

液体静压主轴在加工过程中受热源影响发生热变形,会影响机床加工精度。针对一种超精密卧式辊筒加工机床的液体静压主轴,建立主轴生热与散热的理论模型,采用有限体积法与有限单元法建立主轴的流-热-固耦合仿真模型,考虑油膜区域散热条件,分析主轴工作到稳态下的温度场以及产生的轴向热误差,并通过试验验证仿真模型的正确性和准确性。应用该模型分析主轴转速、供油压力、液压油黏度、油膜间隙以及轴向封油边长度对主轴温升的影响。结果表明,主轴温升随主轴转速、液压油黏度、封油边长度的增大而增大,随供油压力、油膜间隙的增大而减小。因此,在满足主轴性能的前提下,使用较低的主轴转速、较大的供油压力,选择小黏度的液压油、较大的油膜间隙以及较短的封油边长度可以有效地降低主轴的温升。     

超精密液体静压回转工作台研制北大核心

对某高精度立式磨床用回转工作台采用液体静压直驱转台总体技术方案以保证其良好的动态特性和回转精度;支承系统采用液体静压支承以获得高的承载能力、刚度以保证工艺系统刚性;针对转台高动态回转精度要求,考虑油膜误差均化,确定了其关键零件部件精度并采用手工研磨方式保证了其制造精度,实现了转台系统全转速范围内0.25 μm动态回转精度;针对电动机发热和油膜剪切发热,采用稀油大流量静压支承、止推上置电动机下置、电动机强冷等技术措施保证了回转工作台良好的热态特性,工作端热伸长小于4 μm。研制的静压回转工作台应用于立式磨床,实现了外圆内孔圆度0.45 μm的磨削精度。     

定量式静压转台动态特性建模与影响因素分析

静压转台的动力学性能对转台的综合性能有较大影响,所以对转台在动载作用下响应的深入研究对于转台优化设计及提升转台的综合性能有重要作用。根据Christensen的模型计算考虑表面粗糙度的情况下静压转台支承油垫及预压油垫的非线性承载力。建立多油垫转台的多自由度动力学模型,应用龙哥库塔法计算转台在均载及偏载时转台的响应及转台的稳定时间和稳态油膜厚度,分析表面粗糙度、转台初始油膜厚度、转台支承及预压油垫进油流量、转台转动对转台动态特性的影响。结果表明偏载使得转台的动态性能下降并使转台的某些支承油垫油膜厚度出现较大幅度降低。较小的油膜初始厚度和较大的流量可以提升转台的动态性能,而表面粗糙度等因素对于转台的动态特性也有比较明显的影响其中周向粗糙度倾向与提高转台性能而径向粗糙度则倾向于降低转台性能。所建的模型及分析结论将为转台的优化设计及转台综合性能的提升提供理论基础。     

液体静压支承转台的动力学分析与数值模拟

根据实际工程中的液体静压支承系统,将油膜力简化为弹簧支承,建立了工作转台的有限元模型,对工作转台的动力学特性进行了分析。通过数值模拟,研究了油腔数目对于液体静压支承工作转台振动频率的影响。用数值拟合方法,得到了液体静压支承工作转台的弹簧刚度与振动频率之间的关系表达式。     

直驱式数控转台主轴的静态特性分析

直驱式数控转台主轴可以有效提升加工产品质量水平,尤其对加工效率及精度有着重要意义。本文对自主开发直驱式数控转台主轴的结构及原理进行分析,希望借此机会构建直驱式数控转台主轴的高效铣削模型。在材料力学以及机械设计的分析方法上,对直驱式数控转台主轴的受力形式以及零件材料的不同,运用相应强度及刚度进行相互校核及计算,以此做到有限元的正确对比及验算。     

基于轴向及径向刚度对直驱转台动静态特性影响的研究

针对铣车复合加工中心直驱转台中轴承刚度和静压支撑刚度对其动静态特性的影响,提出将轴承和静压支撑等效为若干弹簧方法。同时,对轴承刚度和静压支撑刚度进行计算,并运用有限元方法对直驱转台在不同工况下的动静态特性进行分析,得到直驱转台的动静刚度均满足设计要求。此外,讨论了恒流式静压导轨中的油膜压力对直驱转台动态特性的影响规律,得出油膜压力的提高可以提高3~6阶固有频率值,不能提高1,2阶固有频率值。这将为直驱转台进一步的结构优化提供理论基础和指导。     

高效精密动静压主轴热动力学耦合特性分析

针对采用液体动静压轴承支承的高效精密磨床砂轮主轴工作状况,在砂轮主轴静动态特性分析中,考虑了轴承油膜温升的影响。建立了轴承-油膜流固耦合模型,得到随主轴转速和供油压力的变化而改变的轴承油膜温升和动态轴承支承刚度,然后对主轴系统分别进行静态和动态分析,得到轴承油膜温升影响下的主轴静挠度、动挠度和主轴系统的固有频率。结果表明,对于高效精密磨床,轴承油膜的热特性对砂轮主轴系统的静挠度和动挠度具有显著的影响。     

数控机床电主轴热态特性分析

针对数控机床电主轴热分析过程中热态实验数据难以获取,难以进行热态特性分析的问题,提出了一种考虑电主轴产热与散热的综合有限元分析模型,利用有限元分析方法得到热态温度场分布图,可为数控机床电主轴的温度控制及热分析提供理论基础和数据支撑.     

基于耦合传热的圆锥液体静压轴承热态性能分析

针对圆锥液体静压轴承的发热问题,利用CFX软件建立了轴承系统耦合传热模型。首先分析了网格数量对计算精度的影响,然后求解获得了轴承的温度场分布和热量传递情况,最后分析了不同参数对轴承热态性能的影响规律。结果表明,采用CFX软件计算圆锥液体静压轴承耦合传热问题是可行的,与绝热假设下的计算方法相比,耦合传热有效地反映了真实的传热情况;圆锥液体静压轴承的端泄散热占总散热量的大部分,轴颈散热能力最弱,在不同的转速和进油压力下,各个方向上的散热比率发生变化。     

液体静压电主轴系统热-结构耦合特性研究

对某液体静压电主轴系统进行热态特性研究,分析系统热源和散热方式,建立基于热-结构耦合的电主轴系统有限元分析模型,通过对电主轴系统进行热-结构耦合分析,得到某工况下电主轴系统的温度场和不同方向的热变形分布。结果表明:电主轴系统的最高温度出现在主轴前轴承处;电主轴系统轴向最大热变形出现在主轴前端砂轮安装处,沿径向的热变形偏大,影响加工精度。     

精密机床静压气体轴承静特性分析及基本参数的优化

对精密机床气体轴承静特性进行理论分析,运用有限元法将雷诺方程离散化,得到静压气体轴承的承载能力、刚度以及供气量的计算公式。对某精密机床小孔节流静压气体轴承的静态特性进行分析,得到供气压力、偏心率、节流孔直径和刚度以及承载能力之间的关系曲线;通过优化分析,得到精密机床主轴前后静压气体轴承优化的结构参数和操作参数。     

基于Fluent—BP神经网络的液体动静压轴承热特性分析

针对液体动静压轴承运转发热复杂的问题,应用Fluent软件对液体动静压轴承进行CFD仿真分析,获得不同输入状态下的油膜温度场分布以及轴承运转时的平均温度和最高温度。并在此基础上通过正交试验将Fluent仿真与BP神经网络相结合,实现对任意输入参数下轴承工作温度的预测,并对转速与供油压力以及供油压力与供油温度的综合作用效果进行分析。结果表明,主轴转速对轴承作用的效果比较显著,当轴承在高转速状态下运行时,需要提供高的供油压力来保证轴承的正常运转;当供油压力下降和供油温度上升同时出现时,轴承运转温度骤升,必须谨慎对待。利用BP神经网络的泛化功能,以少量的样本,可得到均匀全面的网络训练样本点,从而能快捷有效地实现对液体动静压轴承的热特性分析。     

基于精密空气静压导轨的扭轮传动机构的设计与分析

基于空气静压导轨传动系统的精度和速度要求,设计了无级可调扭轮传动机构,运用摩擦传动理论详细介绍了其工作原理。在可行性分析的基础上,运用ADAMS虚拟样机,对设计成功的传动系统进行了运动学仿真分析,最终得出了传动系统平稳性与主轴转速间的关系。     

超精密机床径推一体式空气静压轴承的静态特性(英文)

提出了一种新的径推一体式静压主轴支撑方式来优化机床主轴系统性能,以满足超精密飞切机床对气体静压轴承高刚度的要求.采用计算流体力学和有限体积法对气体静压轴承气膜内部的流场与压力场进行仿真,并研究其静态特性.为提高计算精度,完成了轴承宏观尺寸与气膜厚度相差几个数量级时气膜厚度方向2 μm间距的网格划分.仿真结果表明,在偏心状态下由于气膜压力的变化使节流孔气体流速在1～200 m/s内变化,机床所采用径推一体式轴承静态刚度达到3 508 N/μm.研究表明,通过增大轴承的供气压强和减小节流孔的直径可改善轴承的静态性能进而提升机床性能.     

高速车铣复合加工中心横梁的热态特性分析

主要以CX8075型车铣复合加工中心的横梁为研究对象,采用SolidWorks进行了三维建模,利用工程有限元分析软件ANSYS对其热稳态特性进行分析.分析结果表明,当加工中心摆动铣头处于60m/min高速进给的情况下,横梁整体的温度较低,而只有在其与床鞍之间的滑动导轨副周围的温度较高,最高温度约为61℃;热变形最大处位于最上面的导轨副上,向下逐渐减小,且位于同一水平面上的各点的热变形不相等,需要在横梁的关键部位(即热变形最大处)安装相应的温度检测装置,以减少热变形对加工中心加工精度的影响,为数控机床的热误差补偿提供了依据.     

超精密机床热形变及其对运动精度的影响研究

超大口径超精密机床研制是大口径光学元件加工的必要基础,超大口径超精密机床在大行程、长工作周期的加工过程中,由于导轨发热引起的机床热形变将严重影响运动部件的直线度与光学元件的加工精度。利用ANSYS Workbench软件进行热-结构耦合仿真,对所设计的龙门式大口径磨削机床、5轴柔性气囊抛光机床进行了热形变分析,得到了导轨生热对机床整体热形变的影响规律。针对现有的磨削、抛光机床进行温度-直线度监测实验,探究了热形变对磨削机床所用液体静压导轨与抛光机床所用直线导轨运动直线度的影响规律,实际测量结果表明机床液体静压导轨的油膜生热对导轨运动直线度有较大影响。