基于数值模拟的超精密静压导轨静态特性分析

为了有效解决超精密静压导轨静态特性实验分析的难题,文章提出了一种基于ANSYS Workbench的静压导轨数值模拟方法。首先采用FLUENT模块完成流场分析,得到流体域的压力分布;然后采用积分法得到油膜面的承载力,在此基础上采用逐差法得到油膜面的刚度值;接着分析了节流孔直径、供油压力及油膜间隙对承载力及刚度特性的影响规律;最后将流体域油膜面的压力分布耦合到固体域的运动滑块上进行流固耦合分析,得到导轨运动滑块在流场压力及外部载荷作用下的应力、应变等静力特性,完成了静压导轨的强度校核。     

考虑节流形式的液体静压导轨油膜动刚度建模研究

液体静压导轨的动刚度性能直接影响着机床的加工精度。为分析不同节流形式下液体静压导轨的动刚度变化趋势,分别选取固定液阻、可变液阻与无液阻节流,建立液体静压导轨的承载力与动刚度模型。当导轨使用固定液阻或可变液阻节流时,导轨承载力F随初始阻尼比的增加而减小,随油膜厚度变化率ε的增加而增大;导轨动刚度s随初始阻尼比的增加逐渐呈现明显的峰值,且该峰值随初始阻尼比的增加逐渐向较大的油膜厚度变化率ε方向移动;在相同条件下,可变液阻节流在较小的油膜厚度变化率ε下能获得较大的导轨承载力F与导轨动刚度;无液阻节流时,导轨刚度与导轨承载力随压力比、油膜厚度变化率ε的增大呈单调递增。     

导轨速度对静压导轨承载性能的影响

竖直液体静压导轨是纳米数控精密加工机床关键装备,机床静压导轨的运动速度不仅对零件加工精度有影响,也对导轨油膜承载性能有影响。因此确定机床导轨最佳工作速度就十分有必要。以纳米曲面磨床静压导轨油膜为例,通过Fluent流体仿真,对导轨运动速度与油膜最高压力、最低压力、油膜承载力定量的研究得到:在相对静止状态下,油腔压力场呈对称分布;导轨的运动速度增加,会产生油膜承载的不平衡性;验证了油膜负压对导轨承载性能影响很小,可以忽略;提出了纳米数控磨床的最佳静压导轨运动速度范围为0~0.1 m/s及0.3~0.5 m/s;在该工作速度范围内导轨的承载性能较好。研究结果为精密机床闭式静压导轨的工作参数选定提供了一定的依据。     

精冲机静压导轨的油膜刚度设计及控制

根据精冲机滑块的高精度导向要求,选择精冲液压机滑块导向形式为静压导轨结构,设计精冲液压机滑块导向机构,由左右2副对称导轨组成,每副导轨又各设置2个主油垫和2个副油垫,以此增加油膜的强度和刚度,并计算静压导轨承载能力及油膜刚度,研究静压导轨油膜厚度控制方式。     

超精密定位工作台静压导轨静态特性及流场仿真分析

研究超精密液体静压定位工作台中的液体静压导轨静态特性问题。根据流体润滑理论及雷诺方程,构建了导轨油膜压力的数学物理模型,运用有限元方法求解静压导轨的各项静态特性参数,如导轨的承载能力、静刚度、流量等。运用三维造型软件Solid Works和CFD软件FLUENT,从结构三维造型设计和内部三维流动综合分析液体静压导轨,获得油膜压力的分布云图、曲线和油腔液压油流速分布云图,并分析不同结构设计参数和环境参数对液体静压导轨静态特性的影响。本文研究将对实际的静压导轨系统设计具有指导意义。     

液体静压导轨支承油膜的有限元分析

介绍了液体静压导轨支承的设计,并对其油膜压力分布进行了研究.根据流体润滑理论及雷诺方程,构建了导轨油膜压力的数学物理模型,提出了运用有限元法进行油膜刚度及导轨承载能力的分析与计算方法.借助非线性有限元软件Marc对一个应用实例进行了分析与计算,得到油膜压力的分布云图和曲线,求解出了油膜刚度和导轨的承载能力.计算结果表明,该方法计算结果精确,可以满足设计要求.     

精密机床负压吸附导轨的研究

介绍了负压吸附导轨的工作原理,针对精密机床开式静压方式工作过程中存在的漂移和运动不稳定问题,提出采用负压发生器与小孔节流流量控制器相结合的新型负压吸附静压支承技术,建立了负压吸附导轨计算模型,并对气膜刚度进行了分析计算,保证了精密机床开式静压导轨所需的气膜厚度和刚度。并将该技术应用到机床导轨中,应用表明:提高了机床运动稳定性及工件的加工精度。     

国外机床液压技术文摘

重型机床静压支承供油系统的研究——1982,No.2,11—15(俄文) 在现代的机床内最大负荷和最小负荷之比(即工作负荷范围)不断地在扩大。在加工直径达6300～25000毫米的立式车床内这个比值可达到10。提高静压导轨使用质量的最有效的方法是采用带有压力反馈的流量调节器。作者对静不定系统内的调节器作了详细的理论分析和实验研究。认为支承内负荷分布的不均匀取决于调节器的特性、导轨的刚度、调节器的阻抗以及导轨的制造精度。基础零件的刚度愈高,油膜的刚度愈高,导轨的精度也就愈高。如果在供油系统内装了调节器,则负荷比值为     

一种用于液体静压导轨的高精密液压站设计

液体静压导轨是精密超精密加工机床的重要功能单元,液压站是液体静压导轨正常工作的必要辅助单元。液体静压导轨要保持高的精度,液压站必须能够为静压导轨提供压力非常稳定的润滑油输入。设计一种用于液体静压导轨的高精密液压站,该液压站利用变频电机驱动精密齿轮泵供给润滑油,利用全闭环反馈调节装置控制润滑油的稳压输出。实际测量证明:该液压站的输出压力稳定精度可达±0.05%,应用于超精密机床上的液体静压导轨取得了良好的效果。     

超精密机床液体静压导轨静动态特性研究

高精度高刚度导轨是实现脆性材料高效高表面完整性加工的前提条件。以超精密机床的液体静压导轨为研究对象,设计了液体静压导轨结构,建立了导轨的三维模型与数学模型,并通过数值仿真,预测出不同参数条件下液体静压导轨的静态特性与动态特性。开展了超精密机床液体静压导轨静动态特性实验,验证模型的可靠性,结果表明模型预测值与实验测量结果相近,表明模型可靠,为实现脆性材料的高效高表面完整性加工奠定了理论基础。     

新型铁基多孔含油材料滑块型滑动导轨的研究

导轨部件通常是整个机床刚度链中的最薄弱环节之一,因此导轨的力学性能直接影响机床整机的动态性能。提出了一种基于铁基多孔含油材料结合面的滑块型滑动导轨,分析了多孔含油材料结合面的刚度和阻尼特性;设计了多孔含油材料滑块型滑动导轨的一种矩形截面导轨形式,并对其润滑与低速平稳性进行了分析和实验验证;分析了所设计滑动导轨的导向精度,提出了滑块型滑动导轨设计时滑块跨度的设计原则。同滚动导轨相比,结果表明:该类型导轨具有高刚度、大阻尼和自润滑的特点,适合应用在中、较重负荷精密机床。     

直线电机驱动的开式静压导轨的设计

介绍开式液体静压导轨的优缺点,分析开式静压导轨易漂移的原因;通过引进直线电机,进一步调节静压导轨油膜厚度、提高油膜刚度,可防止导轨出现"漂移"或颠覆现象。同时通过解析法和有限元分析法计算导轨的受力情况,以提高设计的可行性。     

静动压轧机油膜轴承静压特性的研究

静动压油膜轴承是在液体动压润滑轴承和液体静压轴承的基础上发展起来的新型油膜轴承。静动压油膜轴承是一种兼有两者优点的轴承,其正常工作的速度范围较大,能够充分利用油膜的动压效应。通过采用CFD仿真技术,对1030-76WJJ静动压油膜轴承的静压特性进行了深入研究,建立了不同偏心率时的静动压油膜轴承的流体域模型,通过对静动压油膜轴承流体域边界条件的设定和求解,得出了轴承偏心率变化时对其静压特性的影响。同时研究了恒流量供油系统和恒压力供油系统时的静动压油膜轴承的承载能力和静压区域压力分布,对静动压油膜轴承的设计提供了理论指导,为静动压油膜轴承静压特性的研究提供了新的思路。     

基于神经网络PID控制的液静压轴承等膜厚度研究

针对液静压轴承外部负载改变时、油膜厚度发生变化、从而出现轴承的承载力及阻尼性降低的问题,设计等油膜厚度的主动式控制方法。以比例压力阀作为压力补偿元件,控制回路以供油压力、工作台位移、油腔流量及工作压力作为回馈。计算保持稳态补偿膜厚差所需的供压压力差值作为压力阀的PID控制参数值,再结合类神经网络经训练参数找出最佳PID控制器参数,进行位移补偿控制,达到稳态等膜厚控制。实验结果表明,神经网络PID控制器比其他神经网络控制器具有更快的暂态振荡收敛,并迅速达到等膜厚的目标。     

重型数控龙门机床静压导轨承载能力研究

静压导轨是重型数控龙门机床的关键组成部分,用于支持整个机床的重量,并沿工作台平稳地移动。因此,导轨油膜对机床的承载能力和加工精度起着重要作用。通过三维CFD仿真对无摩擦条件下的重型数控龙门机床静压导轨油膜的承载能力、流场压力和速度特性进行了分析,并通过对比实验数据对仿真结果进行验证。为满足工程设计要求,采用简化的理论模型分析油膜的承载能力。通过实验数据,验证了简化模型的准确度及可靠性,从而为重型龙门数控机床滑动导轨的油垫设计的理论计算提供了方法。     

基于频响函数的液体静压导轨结合部动态参数辨识研究

液体静压导轨作为精密机床的关键部件,其性能参数直接影响着机床的整机性能。应用单点激振、多点拾振的频响函数法获取液体静压导轨空间3个方向上的动态响应特性。采用一种改进的频率响应函数方法,编制了相应的辨识算法,对液体静压导轨的动态特性参数进行辨识,得到了液体静压导轨结合部导轨空间3个方向上的模态质量矩阵、刚度矩阵、黏性阻尼矩阵、结构阻尼矩阵。结果表明:导轨滑台垂直Z方向上刚度矩阵、黏性阻尼矩阵数量级随激振频率的增加而呈非线性增大,导轨进给X方向与Y方向动态参数受高频激振频率影响较小。     

超精密静压支承部件及其在超精密加工机床的应用

超精密加工技术与装备在近年得到极大发展。超精密静压部件是超精密加工装备关键共性部件。以平面气体静压支承为例,介绍了静压支承基本工作原理。对超精密液体/气体静压主轴、导轨和转台的结构特点、技术特性、应用场合作了较全面的介绍;以典型超精密加工机床为例,介绍静精密静压主轴、导轨和转台在超精密加工机床中的应用。     

非均匀亲和性界面对流体动压润滑油膜厚度的影响

目的研究非均匀亲和性界面对流体动压条件下润滑油膜厚度的影响。方法通过对固体试样表面进行张力修饰以获得对润滑液体不同的亲和性,其中包括表面的不同部分对液体的亲和性不同,即非匀质亲和性表面。试验中利用防指纹油液(AF)对普通钢滑块进行张力修饰得到了匀质AF滑块和非均匀性AF滑块,测量了钢滑块、入口AF滑块、出口AF滑块和全表面AF滑块的油膜厚度随倾角的变化,同时利用防指纹油液对阶梯滑块进行张力修饰得到了AF阶梯滑块,测量了阶梯滑块和AF阶梯滑块在倾角为1:2231和平行间隙两种条件下的油膜厚度随速度的变化。结果四种滑块的油膜厚度随倾角的增大均呈现先增大后减小的趋势,存在最佳倾角,且普通钢滑块表面、非均匀亲和性AF表面、均匀AF表面的油膜厚度依次降低。对阶梯滑块和AF阶梯滑块的测量结果表明,AF阶梯滑块产生的油膜厚度一直低于阶梯滑块。结论在流体动压薄膜润滑条件下,固液界面亲和性可以对膜厚产生明显的影响。通过选择性修饰试样表面,使得表面润湿性具有区域性差异,油膜厚度降低,认为造成该现象的原因是润滑剂在固液界面亲和性低的部分发生较强的侧泄。     

结合面参数以及“重心驱动”对机床动力学性能的影响

以基于"重心驱动"原理的MCH63精密卧式加工中心为研究对象通过模态实验识别导轨滑块结合面参数,应用多体动力学理论和虚拟样机技术,建立机床"箱中箱"结构动力学模型,分析动力学参数——刚度、阻尼值的改变和"重心驱动"对机床动力学性能的影响。结果表明:采用"重心驱动"的双驱结构比传统的单驱结构动力学性能有明显的改善,导轨滑块结合面动力学参数刚度、阻尼值越大,机床的动力学性能越好机床的振动越小。     

基于动网格技术的空气静压轴承线刚度及角刚度分析

为了在超精密机床设主轴设计阶段准确得到空气静压轴承的静态特性,文章提出了一种基于Fluent动网格技术的数值仿真方法,综合分析了在考虑进气孔直径、进气压力、气膜厚度及轴承转速等条件下对空气静压轴承线刚度及角刚度的影响。结果表明:轴承线刚度随气膜厚度的减小、进气压力的增大而增大,且最大线刚度所对应的进气孔直径随压力增大而增加;轴承角刚度随气膜厚度的减小、进气孔压力和进气孔直径的增大而增加。