【摘 要】
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超精密加工技术对于整个制造行业极其重要,超精密加工依赖于超精密数控机床,而液体静压主轴和转台是超精密数控机床的关键部件,因此展开对液体静压主轴的研制具有重要意义。针对目前辊筒模具多边形菲涅尔结构加工存在的问题,本课题提出一种四轴联动的辊筒圆柱表面径向菲涅尔切削加工方法,现需要对实验室现有辊筒机床进行改造,在辊筒机床X轴上增加低速高稳定性液体静压回转A轴,研制紧凑的液体静压直驱转轴,用于刀具安装。本
【基金项目】
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广州市科技计划重点项目:“辊筒模具径向菲涅尔结构切削加工关键技术与装备”（No.201804020040）；
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超精密加工技术对于整个制造行业极其重要,超精密加工依赖于超精密数控机床,而液体静压主轴和转台是超精密数控机床的关键部件,因此展开对液体静压主轴的研制具有重要意义。针对目前辊筒模具多边形菲涅尔结构加工存在的问题,本课题提出一种四轴联动的辊筒圆柱表面径向菲涅尔切削加工方法,现需要对实验室现有辊筒机床进行改造,在辊筒机床X轴上增加低速高稳定性液体静压回转A轴,研制紧凑的液体静压直驱转轴,用于刀具安装。本文设计了一种具有高刚度和稳定性好的双锥形液体静压主轴,推导了双锥形式液体静压轴承的承载力、刚度、摩擦力矩和温升计算公式,并对其加工制造工艺,控制系统进行了研究,对主轴的性能进行了测试分析,为该类型液体静压主轴的研制打下了基础。论文的研究工作主要包括:1.总体方案设计。本文首先根据旋转定位A轴所需要的性能指标和使用要求,设计了一种双锥形式的液体静压轴承,该轴承能同时承载轴向和径向载荷,还便于调整轴承间隙,采用了力矩电机直接驱动,圆光栅做位置反馈。2.轴承节流方式。双锥轴承采用狭缝节流的方式,基于狭缝节流轴承的计算公式,建立了双锥形液体静压轴承的刚度、承载力计算模型,根据粘性流体剪切力公式,计算了静压轴承油膜的内摩擦力矩和液压油的平均温升,通过有限元仿真软件对双锥液体静压轴承的理论计算结果进行验证。3.主轴控制系统的设计与研究。本文对双锥液体静压主轴的控制系统进行了设计和研究,分析了控制系统的控制方式和控制原理,建立了双锥液体静压主轴的闭环伺服系统模型,推导出力矩电机运动的数学模型,并利用Simulink仿真分析了伺服系统的响应速度和稳态误差。4.主轴的性能测试。对主轴静刚度和回转精度进行了测试,在供油压力为1.8MPa时,轴承的轴向刚度测试约为153N/μm,径向刚度约为105N/μm,主轴静态回转精度优于0.1μm。通过雄狮（Lion）回转误差分析仪对主轴回转精度进行测量,主轴径向的同步误差约在0.09μm,异步误差约0.08μm,轴向运动误差约为0.05μm。
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