大型立式超精密機床系統(tǒng)誤差分析與辨識技術研究.pdf

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

2、加工精度進行研究，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、相關性分析方法和功率譜密度方法對機床已加工表面形貌進行分析，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對信號進行全面表征，相關性分析可以對兩個不同過程信號的相關性進行評估。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，據此對機床誤差進行了辨識。
　　

3、針對液體靜壓軸承結構，根據流體力學知識推導出軸承參數(shù)公式并與其他計算方法進行了對比?；谂ｎD定律，建立了主軸系統(tǒng)平衡狀態(tài)下數(shù)學模型，以此模型為基礎推導了主軸加工過程中偏擺幅值與軸承剛度等參數(shù)關系，并給出了各個方向上運動剛度。通過建立主軸系統(tǒng)動力學模型研究了加工過程中質量不平衡引起的主軸受迫振動，并推導出了相應動態(tài)頻率響應。從機床主軸系統(tǒng)的傳熱機理著手進行分析，建立了主軸系統(tǒng)的熱-機械模型，推導出了主軸系統(tǒng)內部傳遞熱量的計算依據。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向導軌耦合的運動誤差模型，針對空氣靜壓溜板結構，根據氣體潤滑理論推導出了雙排節(jié)流空氣靜壓溜板的氣膜壓力分布，得出相應承載力公式，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模型，推導出了氣膜厚度變化時溜板沿垂直方向的振動響應幅值變化規(guī)律，最后得出在整個氣膜厚度波動范圍內

5、，剛度耦合的溜板系統(tǒng)響應頻率的相應變化范圍。
　　最后以小波變換為手段對檢測信號進行處理。從主軸回轉誤差的檢測著手進行分析，提出了以維爾斯特拉斯函數(shù)建立的主軸綜合回轉誤差模型，與實際檢測結果的對比驗證了此模型的正確性與可行性。以互相關性分析為手段，分別分析了導軌系統(tǒng)和主軸系統(tǒng)誤差與加工面形結果的相關性，從而推導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合，從頻域對導軌系統(tǒng)和主軸系統(tǒng)誤差進行分析，提取出了機床相關