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精密静压转台是高档数控机床的关键功能部件之一。由于受多种因素耦合影响,转台动力响应复杂,导致转台振动,甚至油膜失效,严重影响机床的加工精度。论文基于流体力学润滑理论,建立了考虑多种因素影响的液体静压转台力学模型,研究了表面粗糙度、转速、偏载、导轨变形及其相互耦合作用对转台静压支承系统静动特性的影响,并进行了相关实验验证。论文主要研究内容如下: (1)对定压式精密静压转台及其关键技术进行了综述,指出了存在的问题,提出了论文的研究内容。 (2)提出了考虑粗糙度因素的转台静压系统雷诺方程建模方法,建立了含有粗糙度的静压油膜数学模型。分析了粗糙度参数对油膜承载力和刚度的影响规律;针对油垫旋转中心与几何中心不重合时的特点,研究了转速、倾角对油垫封油边油膜压力分布的影响规律,为建立闭式静压转台动力学模型提供了基础。 (3)建立了毛细管、小孔、薄膜反馈和间隙4种不同节流方式下含有粗糙度的静压油膜的数学模型。分析了不同节流器结构和节流参数以及周向和径向粗糙度对油垫承载力和刚度特性的影响,为研究节流器对静压转台动静态特性影响提供了理论基础。 (4)建立了考虑表面粗糙度的多油垫闭式定压液体静压转台动力学模型。研究了表面粗糙度、转速、初始油膜厚度、不同形式节流器等因素对转台动静特性的影响。采用多学科联合优化方法,得到结构和静压部分关于静压油膜的刚度、阻尼和总功率的优化目标函数,针对众多设计参数采用灵敏度分析提取转台的关键设计参数,并结合粒子群优化方法快速而准确的找到转台的最优设计参数,为提高静压转台综合性能提供了理论依据。 (5)搭建了液体静压转台系统静动态特性综合测试实验平台。研究了不同节流器在不同工作压力、转速、偏载和温度等工况下对静压转台承载性能的影响和静压转台在不同激振频率下的动态响应,为静压转台基础性研究提供了一个很好的实验测试平台以及为研制高承载、高精度的精密超精密静压转台提供参考。 (6)基于上述研究成果,结合数字化设计建模与仿真技术,研发了一个静压转台综合特性计算及优化的集成应用工具。该工具提高了设计的集成性和规范性,避免了重复劳动,降低了出错率,提升了设计质量,缩短了开发周期,给设计人员带来了方便,提升了精密数控机床设计的数字化进程。 整合以上研究成果,形成了一套适合现场测试精密静压转台系统静动特性的测试方法,依托国家科技重大专项“精密超精密数控机床创新能力平台”在行业内进行了试用验证,为提高数控机床精密静压转台的加工精度和质量提供了理论和技术支持。