超精密液体静压导轨试验台设计及动静态特性研究

摘要

精密和超精密加工技术作为衡量国家制造业水平的重要标志，越来越引起各个国家的重视。技术处于领先地位的先进国家高度重视超精密加工，同时在其技术领域中投入大量精力，使工业制造水平维持高速稳定的发展，并取得了许多的成果。导轨系统是超精密机床的重要耦合部件，导轨的精度和超精密机床的加工精度有着紧密联系，导轨的精度受到材料、控制系统、装配等各方面的影响，所以深入对导轨的研究至关重要。 为了开展超精密机床关键部件研究，必须建立相关试验平台。本论文首先完成了超精密液体静压导轨试验平台的结构设计和整体布局。设计了试验平台液体静压导轨结构，计算得到导轨的优化结构参数和机床的导轨刚度和承载性能，运用液阻法求解了导轨单个油腔性能参数。为后面对液体静压导轨的控制系统研究和静动态特性研究提供了样板模型。 其次完成了对控制系统中电机、驱动器、控制器和光栅尺的选型，搭建了静压导轨运动控制系统。建立了直线电机的数学模型，运用SImulink软件对构建的直线电机伺服控制系统的运动模型进行仿真分析，多次调节PID参数使系统达到稳定，根据得到的参数和结果验证构建的控制系统的合理性。控制系统的仿真实验为搭建的实物机床提供了理论基础。 最后以搭建的试验平台为对象，建立了液体静压导轨动力学参数解析解求解模型，运用ANSYS软件对模型进行了模态分析，并对导轨系统进行了瞬态响应分析，发现阻尼对导轨系统模态频率影响不容忽视，同时得出了频变刚度阻尼特性削弱了静压导轨系统对高频振动的抑制能力的结论。液体静压导轨的动静压特性研究为实际平台搭建提供了理论指导。

目录

声明

第1章 引言

1.1项目来源

1.2 研究背景和意义

1.3 国内外发展及研究现状

1.3.1超精密机床的发展与研究现状

1.3.2液体静压导轨的研究现状

1.3.3液体静压导轨控制技术的研究现状

1.4 项目主要研究内容

第2章 超精密液体静压导轨试验平台设计

2.1 整体布局概述

2.2 性能参数

2.3 试验平台构成

2.3.1 平台机械结构选型

2.3.2 液体静压导轨设计

2.3.3 液体静压导轨油腔压力性能参数

2.4 本章小结

第3章 液体静压导轨的控制技术研究

3.1 控制系统组成

3.1.1 直线电机选型

3.1.2 线性伺服驱动器

3.1.3 运动控制器选型

3.1.4 光栅尺选型

3.2 控制模型的构建和仿真

3.2.1直线电机数学模型

3.2.2 控制模型的仿真

3.3 本章小结

第4章 液体静压导轨的静动态研究

4.1 油膜频变刚度阻尼特性解析解模型

4.2 油膜频变刚度阻尼模态解析

4.3 油膜频变刚度阻尼瞬态响应分析

4.4 本章小结

总结和展望

总结

展望

参考文献

论文发表情况

致谢