整体闭式与开式气浮导轨静态性能对比分析

静压气浮导轨是精密气浮工作台的重要组成部件,其承载能力和刚度直接影响了工作台的平稳性以及所加工零件的精度。针对所设计的精密高刚度二维气浮工作台,提出采用有限差分的数值计算方法,在双边间隙总和与供气压力相同的条件下,对整体闭式及开式气浮导轨的气浮面进行整体求解计算,对比分析其压力分布、承载能力、刚度等静态性能参数。结果表明:由于闭式气浮导轨的下气浮块在垂直方向上起到了辅助支撑的作用,形成了四周封闭的气膜面,因此增强了闭式气浮导轨的紧密性和可靠性,使得整体闭式气浮导轨的刚度和稳定性均优于开式气浮导轨;实验结果与理论分析较吻合,为此类精密定位平台的设计优化提供了理论依据。     

基于静压气浮导轨的直线电机高性能工作台的研制

精密定位技术是精密工程领域的关键技术,由直线电机驱动的气浮直线导轨工作台在超精密运动领域得到广泛应用。本文介绍了静压气浮导轨的设计方法,开发了止推气浮轴承设计软件;为了提高气浮导轨的承载能力和刚度,总结提出了几种适用于不同结构气浮导轨的预加载技术;运用气浮轴承设计系统和适合的预加载技术,研制了能满足大惯量、高速度、高精度要求的H型直线电机气浮工作台。     

直线电机驱动的H型气浮导轨运动平台

建立了双边直线电机驱动的H型气浮精密定位平台,对该精密定位系统的气浮导轨设计方法和双边直线电机同步运动控制等关键技术进行了研究。利用有限元法设计了气浮导轨,分析了气膜压力场的分布情况,采用预加载技术提高气浮导轨的承载能力和刚度等性能。静态特性实验表明,开发的定位平台气浮导轨具有较高的承载能力和刚度,X、Y导轨的竖直方向静刚度为276.9 N/μm和333.3 N/μm。设计了基于同步速度偏差的改进型并联结构同步控制器,采用模糊控制实现PID参数的自适应在线整定。运动实验表明,改进的控制器具有较高的同步控制精度,速度同步精度比一般同步控制提高了3倍多,适合于具有强机械耦合的多电机同步运动控制。H型直线电机气浮定位平台具有承载能力强、精度高的优点,可以用于光刻机和光学检测等精密工程领域。     

直线电机气浮精密平台的设计与控制

高精度综合测量仪在工作中要求达到亚微米级的运动精度,为此建立了X Z直线电机气浮精密运动平台,对气浮导轨设计、直线电机控制等关键技术进行了研究.采用有限元设计法设计了气浮导轨,实验结果表明,采用该方法设计的气浮导轨具有较高的承载能力和刚度.提出一种改进的PID控制策略,从而改善直线电机运动平台的抗干扰能力,并使其获得较高的稳态位置精度.实验结果显示,在采用这种控制方法后,直线电机气浮精密平台的定位精度可达到0.5μm.     

直线电机精密工作台扰动观测器设计

针对直线电机驱动、气浮导轨支撑的精密工作台没有机械阻尼、抗扰动性能差的特点,为了在较短的位置伺服周期内(110μs)抑制工作台上的线缆扰动以及直线电机推力波动的影响,提高工作台的轨迹跟踪精度,采用了基于精密工作台名义模型的方法设计扰动观测器,构成PD+扰动观测器的运动控制结构。通过实验,与没有扰动观测器的PD控制相比较,工作台静态定位精度提高了0.3μm,以120 mm/s匀速运动时工作台的轨迹跟踪精度提高了2μm。结果表明,该控制方法计算量小,抑制外部扰动效果好,有利于工作台综合性能的提高。     

二维工作台控制系统设计及精度分析

对二维工作台控制系统进行了研究,采用滚珠丝杆副和直线滚动导轨副的传动方式,选用直线光栅尺作为工作台的反馈元件,控制系统的核心为工控机和运动控制卡,利用固高GE400运动控制卡发出脉冲信号控制伺服驱动器对工作台机械部分进行实时的操控。在VC＋＋6.0设计环境下开发工作台的控制软件,实现了多轴控制。使用双频激光仪获得工作台的系统误差曲线,采取水平分割的方法对误差曲线进行分割,获得各区间的误差补偿数据,通过软件控制对工作台各行程区间进行误差补偿,通过理论计算和实验测得补偿后的数据对比,验证了该补偿方法的可靠性,对于提升二维工作台的精度具有积极的意义。     

基于腹底式被动阻尼器抑制精密气浮工作台的定位噪声

针对已开发的精密直线气浮工作台,设计了腹底式被动结构的阻尼器以解决静压气浮导轨传动阻尼小,抗干扰能力差等问题。设计的阻尼器由固定于气浮滑套下端面的阻尼片以及处于阻尼片正下方的阻尼油槽和阻尼油组成。通过实验获取了阻尼器的阻尼系数,继而建立了气浮工作台机电控制模型。仿真分析了阻尼器对工作台气浮噪声和动态特性的影响规律:随着阻尼的增大,气浮工作台的稳定裕度和衰减噪声的能力增加,但动态响应速度降低。实验表明,实验结果与所推导的气浮工作台特性一致,且增加阻尼系数为293.78N/m.s-1的阻尼器后,气浮工作台的定位噪声由60nm(峰峰值)降为20nm(峰峰值),位移灵敏度为20nm,实验验证了采用此种结构的阻尼器可有效抑制精密气浮工作台定位噪声。     

气浮导轨性能测试实验台设计与分析

在超精密气浮定位平台研究工作中,对静压空气轴承的安装位置对系统影响的研究相对较少,文中介绍了一种新型机械结构的气浮导轨性能测试实验台,实验台导轨滑架采用焊接框架组合结构,实现不同类型气浮轴承的更换及不同数量的气浮轴承的安装,形成不同结构布局的气浮导轨,能够满足多种气浮导轨的实验研究,提高了气浮导轨实验台的利用率和使用范围。此实验台具有机械精度高、系统刚度大、结构稳定性好,安装使用方便等特点。     

基于电流变阻尼超精密气浮工作台建模及控制研究

随超精密装备加工精度和生产率的不断提高,直线气浮系统得到广泛重视和研究。为解决直线气浮系统抗干扰能力较差等问题,针对已开发的超精密直线气浮工作台,设计了电流变剪切模式阻尼器;建立了气浮工作台整体模型并基于屈服前后平滑过渡的Eyring连续本构模型通过辨识得出电流变剪切阻尼器类稳态模型;分别对零电场线性及高电场非线性电流变阻尼2种情况下的气浮工作台应用误差积分LQR控制器;为达到综合最优,进一步提出开关及滑模控制器,实验证实这2种控制策略均能同时提高系统的响应速度、减少建立时间,降低跟踪误差及纹波。     

定位运动平台气浮导轨设计

针对高加速度高精度定位气浮平台对气浮导轨高刚度高承栽能力的要求,采用二维线性插值和有限元法推导平面气浮空气轴承的静态性能公式,利用数学软件MATLAB编写有限元程序计算气浮导轨的静态性能并分析相关参数对静态性能的影响.有限元分析结果表明:当气浮平台中节流孔之问的排距与气浮面宽度的比值为一定值、气浮厚度为另一定值时,气浮平台的角刚度和承栽能力得到较优值.研究结果为气浮导轨的静态性能优化提供了理论参考,为气浮平台的结构优化提供了方向.     

光学玻璃专用平面磨床工作台静压导轨设计

光学玻璃专用平面磨床是应用于激光技术、光电通讯、航空航天以及国防工业等领域大尺寸光学玻璃精密加工的专用机床。工作台所在轴的运动是加工辅助运动,其运动精度是影响加工精度的一个重要因素,通过创新设计确定了工作台与床身之间结构为直线电机驱动的双层静压导轨设计方案,力封闭直线电机驱动静压导轨和结构封闭的工作台闭式静压导轨双层结构之间采用弹性连接,有效地避开了直线电机驱动过程中电磁力等因素对工作台运动精度的影响,确保了光学玻璃专用平面磨床的加工精度。     

空气弹簧调平系统研究

空气弹簧隔振系统应用于超精密加工设备,其姿态倾斜将为超精密加工引入误差。针对超精密机床采用气浮导轨、气浮主轴刚度相对液压主轴较低、抵抗空气弹簧的倾斜能力较差的特点,建立机床倾斜的数学模型,分析倾斜对加工精度的影响,得到系统需要的调平精度。根据计算的充/放气量,设计调平控制系统控制四点支撑空气弹簧系统中的三点,保持机床的水平复位精度达到±0.02mm以内。该调平控制系统可以根据气浮导轨运动速度,实现空气弹簧隔振系统的主动控制。     

大行程精密定位平台偏摆误差的补偿方法

精密定位平台在导轨动连接处刚度较差,在高速高动态工作中这里易产生偏摆振动。为了减小偏摆误差对定位平台的影响,提高定位精度,通过对直线电机驱动、气浮导轨支撑和导向的高精度定位平台进行研究。根据定位平台偏摆误差的动态特性,采用偏摆误差补偿方法,设计一种偏摆误差检测系统,采用平尺和微位移传感器相结,具有高频响、非接触式的特点。设计了一种基于压电陶瓷驱动的x,y两维微位移补偿机构。同时,通过将气浮导轨滑块副简化成弹簧、质量和阻尼相结合的系统,推导出了定位平台两自由度的偏摆振动模型。基于误差补偿系统的偏摆误差补偿实验表明,精密定位平台的定位精度得到了较大提高,定位平台的定位精度优于2μm。     

平面滚珠丝杠副多结合面建模与动态特性分析

为了提高平面运输设备的传送效率与定位精度,针对x-y轴平面滚珠丝杠副的多机械装配界面,应用吉村允效法确定螺栓联接界面的法向压缩刚度和切向运动刚度,采用赫兹接触理论确定丝杠螺母、轴承和导轨内接触界面的径向或法向压缩刚度。基于ABAQUS软件建立x-y直线进给系统的动力学模型,通过锤击法模态试验和文献对比研究,证明了所提理论模型以及结合面刚度计算的正确性。数值仿真了工作台质量、滑块间距及导轨间距对于系统动态行为的影响,并给出设计建议值。通过医疗剪刀毛坯平面进给机床设计试验,验证了所获得动态系统设计规律的有效性。     

数控机床XY工作台单向运动二维阿贝误差分析与建模

为了提高数控机床的加工精度,建立误差补偿模型。对温度影响下的数控机床XY工作台导轨系统各误差分量之间的误差相关性进行研究。首先,分析了XY工作台单向运动时各平动误差和角度误差的相关性和X向导轨系统二维阿贝误差的变化规律。然后,建立了Y轴导轨系统和X轴导轨系统误差相关性的阿贝误差计算模型。最后,分别进行了X轴导轨和Y轴导轨角度误差的相关性验证和导轨系统定位误差补偿效果对比实验。实验结果表明:利用工作台二维阿贝误差补偿后的定位误差2整体误差呈减小趋势,且比用传统方法补偿后的定位误差1最大相差3μm左右,占补偿后的工作台总误差的三分之一。本文所建立的导轨系统二维阿贝误差模型更符合数控机床XY工作台误差的实际变化规律,利用该模型导轨进行的工作台联动定位误差补偿效果比传统补偿方法的修正效果更好,为实时补偿数控机床误差,提高机床加工精度和在机测量系统的测量精度打下理论基础。     

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。     

用普通角尺校正镗床工作台与导轨垂直度

在立式车床或镗床安装调整过程中，需要调整移动导轨与工作台的垂直度，这就需要有一个精度较高（其精度级别至少要比设备要求高一个精度等级）的角尺或方箱。当然，其垂直度误差最好为０，若不为０，则必须知道其垂直度误差。但现场使用的垂直度误差为０或者接近０的角尺很难找到，给调整设备带来了不少麻烦，如用普通角尺采用下面方法同样可以校正设备。基本原理：（如附图所示）：设AOB为一工作台，CO为机床导轨，DEF为一角尺，L与P为平行于工作台的两条直线；假设工作台与导轨垂直，那么，置于工作台上的角尺的一边EF相对于导轨在…     

基于双频激光干涉的坐标测量机测量不确定度检定系统

分析了现有坐标测量机精度检定的方法,设计了基于双频激光干涉仪为测量基准的三坐标测量机测量不确定度检定系统,给出了检定过程中测量数据的处理方法和测量不确定度的表达式.该系统利用高精度的直线静导轨和动导轨的组合可快速方便地实现三坐标测量机单轴和测量空间内测量不确定度的检定.     

直线电机驱动二维精密定位平台的设计研究

对直线电机驱动的两维大范围、高速、精密二维定位平台进行了总体设计,然后对导轨、直线电机和测量反馈系统进行了选型与计算,最后分析了二维定位平台的定位精度.样机测试结果表明,该平台在XY两个方向的定位精度基本满足设计要求,为系统标定与误差补偿提供了参考.     

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。