大型立式超精密機床系統(tǒng)誤差分析與辨識技術(shù)研究.pdf

1、超精密加工技術(shù)是現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭的重要支撐技術(shù)，是現(xiàn)代高科技產(chǎn)業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)，是現(xiàn)代制造科學(xué)的發(fā)展方向。以超精密加工技術(shù)為支撐的半導(dǎo)體器件，為電子、信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以試驗為基礎(chǔ)，所需試驗儀器和設(shè)備幾乎無一不需要超精密加工技術(shù)的支撐。當(dāng)前超精密加工已進(jìn)入納米尺度，成為尖端技術(shù)發(fā)展中不可缺少的關(guān)鍵加工手段，不論是軍事工業(yè)，還是民用工業(yè)，都需要這種先進(jìn)的加工技術(shù)。
　　本文主要針對兩軸立式大型超精密機床

2、加工精度進(jìn)行研究，采用傳遞矩陣法、有限元方法以及多體系統(tǒng)理論對影響加工精度的機床主要部件誤差進(jìn)行分析。為能夠比較全面表征已加工表面形貌特征，本文選擇小波方法、相關(guān)性分析方法和功率譜密度方法對機床已加工表面形貌進(jìn)行分析，小波變換方法區(qū)別于傳統(tǒng)傅立葉變化方法的主要特征是能夠在時頻域?qū)π盘栠M(jìn)行全面表征，相關(guān)性分析可以對兩個不同過程信號的相關(guān)性進(jìn)行評估。功率譜密度方法可以全面反映檢測信號中的小尺度波紋特征，據(jù)此對機床誤差進(jìn)行了辨識。
　　

3、針對液體靜壓軸承結(jié)構(gòu)，根據(jù)流體力學(xué)知識推導(dǎo)出軸承參數(shù)公式并與其他計算方法進(jìn)行了對比。基于牛頓定律，建立了主軸系統(tǒng)平衡狀態(tài)下數(shù)學(xué)模型，以此模型為基礎(chǔ)推導(dǎo)了主軸加工過程中偏擺幅值與軸承剛度等參數(shù)關(guān)系，并給出了各個方向上運動剛度。通過建立主軸系統(tǒng)動力學(xué)模型研究了加工過程中質(zhì)量不平衡引起的主軸受迫振動，并推導(dǎo)出了相應(yīng)動態(tài)頻率響應(yīng)。從機床主軸系統(tǒng)的傳熱機理著手進(jìn)行分析，建立了主軸系統(tǒng)的熱-機械模型，推導(dǎo)出了主軸系統(tǒng)內(nèi)部傳遞熱量的計算依據(jù)。分析了在

4、不同條件熱誤差影響下軸承特性的變化，從而推導(dǎo)出機床整個主軸系統(tǒng)的。
　　文中利用多體系統(tǒng)理論建立了機床 X向和Z向?qū)к夞詈系倪\動誤差模型，針對空氣靜壓溜板結(jié)構(gòu)，根據(jù)氣體潤滑理論推導(dǎo)出了雙排節(jié)流空氣靜壓溜板的氣膜壓力分布，得出相應(yīng)承載力公式，氣膜剛度。給出了氣膜厚度變化時整個溜板系統(tǒng)頻率變化規(guī)律。建立了運動溜板和卸荷溜板剛度耦合的動力學(xué)模型，推導(dǎo)出了氣膜厚度變化時溜板沿垂直方向的振動響應(yīng)幅值變化規(guī)律，最后得出在整個氣膜厚度波動范圍內(nèi)

5、，剛度耦合的溜板系統(tǒng)響應(yīng)頻率的相應(yīng)變化范圍。
　　最后以小波變換為手段對檢測信號進(jìn)行處理。從主軸回轉(zhuǎn)誤差的檢測著手進(jìn)行分析，提出了以維爾斯特拉斯函數(shù)建立的主軸綜合回轉(zhuǎn)誤差模型，與實際檢測結(jié)果的對比驗證了此模型的正確性與可行性。以互相關(guān)性分析為手段，分別分析了導(dǎo)軌系統(tǒng)和主軸系統(tǒng)誤差與加工面形結(jié)果的相關(guān)性，從而推導(dǎo)出了各誤差對加工精度的影響程度。以小波方法和功率譜密度方法相結(jié)合，從頻域?qū)?dǎo)軌系統(tǒng)和主軸系統(tǒng)誤差進(jìn)行分析，提取出了機床相關(guān)