超精密液体静压回转工作台研制

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。     

大扭矩直驱式超精密液体静压转台热态特性控制与优化

直驱式液体静压回转工作台在有限的空间内集中了电机发热、轴承摩擦等多个发热源,其热态特性控制与优化显得极为重要。对某大功率超精密液体静压回转工作台从加强散热、减少热源强度和结构优化3个方面开展了其热态特性控制策略研究,得益于稀油大流量静压支承、止推上置电机下置、电机强冷等技术措施,热态特性分析及测试表明,转台系统工作端具有较低的温升与较小的热伸长,且由温升与热变形引起的静压油粘度变化及油膜间隙变化对转台系统承载性能影响较小,研制的转台系统具有良好的热态特性。     

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。     

超精密液体静压转台装配技术

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。     

主轴部件套类零件高精度立式磨床研制

在分析套类工件结构特点和技术要求基础上,以精度为目标,开展了立式复合磨削工艺路线设计及与之相适应的精密立式磨床研制。所研制的磨床其动态回转精度优于0.3μm的高刚度液体静压直驱式静压回转工作台和运动直线度优于0.2μm/200 mm的高刚度液体静压导轨很好地保证工件磨削圆度和母线直线度。研制的机床实现了内孔磨削圆度0.7μm,外圆磨削圆度优于0.45μm的磨削效果,能满足各种高精度主轴部件套类零件高精度磨削。     

大型数控立式磨床静压转台油膜热特性仿真及其实验分析

以某大型立式磨床静压工作台热特性为研究对象,首先通过理论分析了油膜发热规律。理论分析表明:工作台逆时针旋转且转速较低时,油膜最高温集中在封油边右侧;转速较高时,油膜最高温集中在封油边外侧。再利用ANSYS Workbench建立油膜流体模型,仿真在不同转速条件下,封油边的发热规律。表明了仿真与理论分析的一致性。最后在转台空载和加载情况下,对四种不同转速进行实验,得到了不同的油膜温升测试结果。实验结果表明:该测试结果与仿真数据对比能够基本吻合,从而验证了理论与仿真方法的正确性。研究结果为大型立式磨床静压转台研制中进行油垫结构优化与转台控制提供了理论依据。     

高精度内圆磨床液体静压导轨刚度计算

高精度内圆磨床采用了运行精度高、摩擦因数低、产生热变形小的液体静压导轨;作为磨床可移动部件与固定部件间的重要结合部分,液体静压导轨的刚度特性对磨床结构动态特性有着不可忽视的影响;介绍了液体静压支承的基本原理,计算了高精度内圆磨床进给系统采用液体静压闭式导轨对置油垫的刚度,并借助Matlab软件分析对置油垫刚度随供油压力、主油膜厚度、油腔宽度以及总间隙变化的规律,为液体静压导轨的刚度调整提供了理论依据。     

大口径高精度液体静压转台研制

介绍了一种用于大口径非球面镜超精密数控磨床的高精度液体静压转台部件,通过工艺可行性分析和精度传递模型给出了优化的转台结构;采用数值列举法给出了径向和轴向刚度与油膜厚度的设计参数;为考察油膜压力作用下零件变形对转台刚度的影响,采用流固耦合分析方法对零件的强度进行了校核;利用直径为40 mm,圆度为0.05μm的标准球和电感测微仪对回转工作台的径向和轴向跳动进行了测试试验,得到回转工作台轴向和径向误差均小于0.5μm。     

数控机床液体静压转台技术综述

针对液体静压转台的基本结构,介绍了液体静压径向轴承、推力轴承、电动机直驱、转台闭环反馈控制等技术。对液体静压转台轴瓦、轴承轴、止推板等关键零件的加工工艺和液体静压转台的装配工艺进行研究。综述了液体静压转台在立式磨床、超精密金刚石车床、立式车铣复合加工中心等领域的应用,为液体静压转台的设计和应用提供参考。     

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。     

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。     

液体静压转台技术综述

综述了液体静压转台技术的研究现状;从回转工作台结构、规格、回转精度、承载能力、刚性、热稳定性等方面逐一分析和评述了各因素对静压转台关键功能特性的影响规律;最后对静压转台技术的未来发展趋势进行了预测和展望.     

开式静压导轨在球面车床上的典型应用

阐述了静压导轨在球面车床刀架床鞍上应用的必要性。通过对静压导轨的设计,静压导轨的工作原理和特点,油膜形式及尺寸的设计,油腔的初始托举力计算等方面的研究,证明在球面车床回转工作台低速、重负载的条件下,采用静压技术,把摩擦副的两个接触面隔开,使摩擦副的静摩擦为纯液体摩擦,从而保证了机床的回转精度和加工精度,有效的延长了工作台上摩擦副的使用寿命。     

精密数控螺母磨床用小型直驱数控回转工作台设计

采用直驱技术制造回转功能部件目前已经成为国际机床产业的发展趋势,针对目前精密数控螺母磨床用回转工作台多采用蜗轮蜗杆传动,其结构复杂,精度不高,设计了直驱数控回转工作台,包括整体机械结构设计,电动机选型及液压夹紧系统设计.系统采用高精度力矩电动机直接驱动工作台进行运转,通过带集成角度测量系统的推力/向心轴承支承整个工作台面,并且通过液压夹紧装置完成了工作台的夹紧与松开动作.该工作台结构简单紧凑,取消了中间的传动环节,有效的提高了测量精度,为实现精确的自动分度,扩大数控机床加工范围提供了有参考价值的加工手段.     

机电信息

SN2060数控龙门导轨磨床 (通讯员 王香玉) 上海重型机床厂与日本长濑铁工所联合研制成功SN2060数控龙门导轨磨床,是一种具有独特风格的大型精密机床。其结构特征是:床身和工作台导轨采用矩形闭式静压导轨,浮起量稳定,具有高刚度和高精度;磨头在横梁上的水平移动亦采用静压导轨,抗振性好,能实现0.5μm微量进给;采用静压轴承的周边磨头主轴轴系,具有高回转精度和主轴刚度;采用高精度的砂轮液体动平衡装量,平衡精度<0.1μm;横梁升降水平位置可自动调平;工作台采用液压驱动装置,其速度通过改变泵的转速来实现无级调速;电气采用FANUC 15数控系统,实现6轴控制的闭环系统。     

立式车床工作台导轨润滑系统改进

C52系列双柱立式车床工作台平面导轨原采用动压导轨副结构,为适应对机床承载能力、回转速度、动态精度提高的要求,并适应数控化升级改进需求,将工作台导轨副改为静压导轨副。介绍了动压与静压两种导轨副的润滑系统。     

某重型立车静压转台热特性分析与实验研究

以某重型立式车床静压转台为研究对象,通过ANSYS Workbench建立油膜-转台这一流固耦合模型,探讨不同转速条件下,因油膜的摩擦发热导致的转台温度场及热变形场的变化规律。分析结果表明:油膜封油边处温升最大,在转速低于20 r/min时,静压转台热变形随转速的增加而缓慢增大;在转速高于35 r/min,静压转台热变形随转速的增加迅速增大。同时对不同工况下的油膜温升进行了测试实验,与封油边油膜瞬态温度仿真结果能够较好地吻合,转台边缘轴向热变形与径向热变形测试结果与仿真结果的变形方向及趋势是一致的。研究结果为进一步分析重型立车运行过程中的热误差控制及结构设计优化提供了理论依据。     

回转工作台闭式静压导轨优化设计与研究

以精密重载回转工作台恒流闭式静压导轨为研究对象,结合静压系统典型故障分析,优化设计了静压导轨的结构参数、油膜厚度、油膜刚度,提高了静压导轨的可靠性及运动精度。     

可控节流液体静压主轴回转精度提升的机理研究

可控节流技术可以显著提高液体静压主轴的刚度和回转精度,在工程上已得到实验证实,但是液体静压主轴在可控节流条件下是如何提高回转精度的过渡过程一直不明确。利用现有的液体静压主轴理论,还不能定量解释可控节流静压主轴从不平衡状态到平衡状态、以及稳态回转误差显著缩小的过渡过程。在考虑轴颈惯性力和非线性油膜力的基础上,根据可控节流器的工作原理和节流特性,建立了可控节流液体静压主轴动态轴心轨迹的理论模型,利用该模型进行数值模拟对过渡过程中的一系列物理现象做出了合理的定量解释。研究发现,在轴承结构参数和液压系统参数相同的条件下,可控节流主轴相比于固定节流可以显著缩短轴心轨迹的过渡过程响应时间、减小轴颈偏心位移、降低主轴稳态回转误差,从理论上揭示了可控节流器可以提高液体静压主轴油膜刚度和回转精度的物理机理。     

全液体静压支承结构磨削系统的磨削成圆规律及圆度极限预测

主轴轴颈的圆度直接影响液体静压主轴系统的回转精度,要制造纳米级回转精度的液体静压主轴系统,必须不断提高主轴零件轴颈的圆度。目前国内外高精密磨床可实现的轴颈磨削圆度范围在0.2～0.5μm,要想进一步提高轴颈磨削圆度,以上磨削方案已很难满足需要。基于此,系统研究头架主轴、尾架主轴和砂轮主轴均采用液体静压支承的全静压支承结构磨削系统的磨削成圆规律,探讨可能达到的圆度极限。首先建立计入头架主轴回转误差、尾架主轴回转误差、双顶尖不同轴误差、砂轮主轴回转误差和工件初始表面轮廓圆度误差的磨削系统耦合动力学模型;提出基于Newmark-β数值积分方法的“磨削力-瞬态磨削深度”循环迭代收敛算法,实现工件外圆轮廓形成过渡过程的定量仿真。研制全液体静压主轴支承结构磨削系统,通过磨削实验和磨削成圆仿真结论的对比,证实所建立模型和所提出算法的有效性。最后根据所提模型和仿真算法,研究各磨削系统误差对磨削圆度的影响规律,并在此基础上对可实现的磨削圆度极限进行了预测。