基于液體靜壓絲杠與液體靜壓導(dǎo)軌的超精密運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)研究.pdf

1、精密與超精密加工技術(shù)已經(jīng)成為了國(guó)防與高新技術(shù)發(fā)展的技術(shù)支撐，隨著產(chǎn)品的更新?lián)Q代，許多高科技產(chǎn)品對(duì)零部件的加工精度要求越來(lái)越高，因此對(duì)精密和超精密機(jī)床的性能指標(biāo)要求也在逐漸提高。超精密直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)是超精密加工設(shè)備實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)動(dòng)的重要組成部件，目前普遍采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)流體靜壓導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式。該組合方式雖然有高剛度、響應(yīng)快等優(yōu)勢(shì)，然而在抗干擾、阻尼特性等方面仍然存在問(wèn)題。與直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式不同，液體靜壓絲杠螺母副由于絲杠和螺母之間采用流體潤(rùn)滑

2、，具有高剛度、低摩擦、阻尼特性好等優(yōu)點(diǎn)，可以彌補(bǔ)液體靜壓導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向阻尼不足的缺陷。然而，目前國(guó)內(nèi)外較少將液體靜壓絲杠應(yīng)用于超精密加工機(jī)床領(lǐng)域中。因此，為了探究液體靜壓絲杠驅(qū)動(dòng)的超精密運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)特性，本文搭建了基于液體靜壓絲杠與液體靜壓導(dǎo)軌的超精密運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。
　　本文首先根據(jù)液體靜壓支承理論，開(kāi)發(fā)了液體靜壓導(dǎo)軌計(jì)算軟件，基于軟件計(jì)算結(jié)果，對(duì)內(nèi)滑塊液體靜壓導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)以及基于液體靜壓絲杠的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)；采用了實(shí)驗(yàn)和仿真相結(jié)合的方式

3、對(duì)液體靜壓導(dǎo)軌變形的影響因素進(jìn)行深入分析，并提出了減小導(dǎo)軌變形的方法。另外，本文搭建了以PMAC為控制核心的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；開(kāi)發(fā)了基于壓力反饋控制的液壓站，為液體靜壓元件提供壓力穩(wěn)定的油源。
　　本文針對(duì)上述內(nèi)滑塊液體靜壓導(dǎo)軌進(jìn)行了靜動(dòng)態(tài)特性研究。通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)對(duì)比的方式分析了油腔內(nèi)部壓力分布；實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了液體靜壓導(dǎo)軌剛度與結(jié)構(gòu)系數(shù)的關(guān)系，提出了結(jié)構(gòu)系數(shù)的合理取值范圍為0.707~1。為了研究液體靜壓導(dǎo)軌的動(dòng)態(tài)特性，本文推導(dǎo)了小孔節(jié)流

4、器影響下的油膜擠壓效應(yīng)動(dòng)態(tài)方程，并且對(duì)液體靜壓導(dǎo)軌的模態(tài)進(jìn)行了仿真分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)量。
　　在完成該系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和搭建后，通過(guò)監(jiān)測(cè)電機(jī)輸出扭矩的方法完成了液體靜壓絲杠螺母副和液體靜壓軸承的同軸度測(cè)試，然后對(duì)系統(tǒng)的阻尼進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究，證明了液體靜壓絲杠螺母副和液體靜壓軸承的阻尼要大于液體靜壓導(dǎo)軌。在此基礎(chǔ)上，本文對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和特性分析，確定采用電流環(huán)控制的轉(zhuǎn)矩模式；采用不同位移反饋分辨率對(duì)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分辨率測(cè)試，最高運(yùn)