超精密機(jī)床導(dǎo)軌卸荷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化.pdf

1、本文設(shè)計(jì)了一種新型的、運(yùn)用于“大型非球曲面光學(xué)零件超精密加工機(jī)床”(總裝備部預(yù)研項(xiàng)目)的主導(dǎo)軌卸荷系統(tǒng)。該卸荷系統(tǒng)既有機(jī)械式卸荷量恒定的特點(diǎn)，又有靜壓氣體潤(rùn)滑的無(wú)摩擦、運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，而且還能夠精確調(diào)節(jié)卸荷量。
　　分析了卸荷系統(tǒng)對(duì)精密導(dǎo)軌精度的影響，設(shè)計(jì)了卸荷系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)了一種特殊的卸荷彈簧機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)可以將精密導(dǎo)軌的負(fù)荷連接到卸荷浮板上，并且能夠精確調(diào)整卸荷量的大小。設(shè)計(jì)了卸荷浮板結(jié)構(gòu)，并計(jì)算了卸荷浮板在不同供氣壓力下的

2、氣膜厚度、承載能力和氣膜剛度。設(shè)計(jì)并校核了卸荷梁的彎曲強(qiáng)度。綜合計(jì)算結(jié)果表明：本文討論的卸荷系統(tǒng)卸荷量應(yīng)在1000Kg以上，供氣壓力應(yīng)在0.5～0.6MPa之間。
　　通過(guò)加載不同載荷量的方法，測(cè)量了卸荷彈簧剛度；用“單尺反轉(zhuǎn)誤差分離法”，測(cè)量了卸荷系統(tǒng)作用下的導(dǎo)軌直線度精度。結(jié)果表明：該卸荷系統(tǒng)能夠保證導(dǎo)軌高直線度要求，當(dāng)卸荷量為1200Kg時(shí)，主導(dǎo)軌直線度達(dá)到了0.375μm/600mm。
　　分析了當(dāng)卸荷量大于1000

3、Kg、供氣壓力大于0.5MPa時(shí)，卸荷系統(tǒng)產(chǎn)生的“氣錘”現(xiàn)象，用排除法以及靜壓氣體不穩(wěn)定性理論，分析了引起“氣錘”現(xiàn)象的原因是：加載卸荷量以后，卸荷浮板彎曲變形，破壞了正常的氣膜間隙，卸荷浮板氣浮面中間凹起，增大了氣浮面的容積效應(yīng)。
　　用有限元軟件ANSYS，對(duì)卸荷浮板在不同卸荷量下的變形建模求解；根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果，得到了當(dāng)卸荷浮板氣浮面Y方向變形小于12.5μm時(shí)，能夠避免“氣錘”現(xiàn)象的產(chǎn)生。繪制了關(guān)于矩形氣浮面的穩(wěn)定界限曲

4、線圖，在圖中給出了氣浮面傾斜角度與供氣壓力相對(duì)于“氣錘”振動(dòng)的穩(wěn)定區(qū)域。用電感儀測(cè)量了卸荷浮板在不同卸荷量下的變形，測(cè)量結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果相吻合，說(shuō)明卸荷浮板有限元建模及計(jì)算結(jié)果正確，對(duì)卸荷浮板氣浮面的分析正確可靠。
　　分析了當(dāng)卸荷量為1400Kg時(shí)的卸荷浮板有限元計(jì)算結(jié)果，對(duì)卸荷浮板結(jié)構(gòu)提出幾點(diǎn)修改建議，優(yōu)化計(jì)算了修改結(jié)構(gòu)后的卸荷浮板筋高，得到當(dāng)筋高大于65mm時(shí)，能夠保證氣浮面Y方向變形小于12.5μm，能夠保證當(dāng)卸荷量大