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重载静压转台是重型高档数控机床的关键功能部件,由于具有高承载能力、高刚度、低磨损、抗震性好等特点,在用于核电、风电、船舶、航空航天等行业大型核心零件加工的数控机床上得到广泛应用。重载静压转台在设计、制造、装配及使用过程中因设计水平、制造工艺、装配精度及外部干扰等因素的干扰,不避免的会存在各种误差,影响了其承载性能、动态性能及运转稳定性,降低了机床的加工能力与加工精度。论文以重载静压转台为研究对象,基于流体力学润滑理论,从静压支承单油垫到静压转台整体,综合考虑设计水平、制造条件、使用方法等对重载静压转台支承特性的影响,采用理论建模、仿真计算及试验验证同步进行的技术路线,探寻油垫表面粗糙度、导轨加工轮廓误差、转台转速、偏置载荷等因素对重载静压转台支承特性的影响规律,形成重载静压转台支承特性分析技术与测试方法。论文主要工作如下: (1)以静压支承单油垫为研究对象,基于克里斯坦森基本假设,推导考虑粗糙度影响的平均雷诺方程,建立考虑油垫表面周向粗糙度和径向粗糙度的静压单油垫承载力数学模型,探寻两种不同形式粗糙度对支承油垫油腔压力分布的影响,对比分别考虑周向粗糙度和径向粗糙度时圆形支承油垫承载力、刚度的变化;搭建一套静压单油垫支承性能测试实验台,测试不同供油流量、不同油膜厚度对其支承性能的影响。 (2)基于考虑粗糙度影响的静压单油垫支承性能计算模型,引入动压效应、热效应和导轨面倾斜等因素,建立多因素影响下的静压单油垫支承数学模型,计算分别考虑动压效应、热效应及动压热效应三种因素影响下的支承油垫油腔压力分布及封油边温度分布情况,揭示各因素对静压单油垫支承性能的影响规律;分析支承油垫不同内外径比时倾斜角度对支承油垫刚度、油腔压力、承载力的影响。 (3)以重载静压转台为研究对象,综合考虑粗糙度、初始油膜厚度、供油流量及偏置载荷等因素的影响,构建静压转台导轨面空间姿态方程,获取静压转台空间位置变化时各支承油垫的油膜厚度,建立重载静压转台多自由度振动平衡模型,分析不同加载条件及不同转速下的动态响应,揭示各影响因素对重载静压转台刚度的影响规律;搭建缩尺模型的静压实验台,测试不同供油流量、不同加载位置、不同转速对静压实验台油膜厚度的变化情况,验证理论模型的正确性。 (4)以双圈导轨、大直径的重载静压转台为研究对象,引入导轨加工轮廓误差曲线,建立考虑导轨加工轮廓误差的重载静压转台动力学模型,探究导轨加工轮廓误差曲线对其运动精度的影响,采用傅里叶级数拟合导轨加工误差轮廓曲线,分析误差轮廓的波长、幅值及转台转速、偏载等对重载静压转台轴向运动误差和角运动误差的影响;采用SP激光几何测量仪对静压转台双圈导轨的平面度进行测量,拟合内外圈导轨的加工误差轮廓曲线,预测重载静压转台最大加工误差。 (5)搭建重载静压转台支承性能测试平台,形成一套完整的重载静压转台支承性能现场测试方法。以某重型机床企业直径5米的重载静压转台为载体,结合现有的测试装置与方法,完成测试平台总体方案设计及各类传感器布置,开发一套数据采集软件,通过不同工况下的实验研究揭示重载静压转台运转中的“章动”现象。将测试平台的测试方法在其他重型机床企业的重载静压转台上推广应用。