【摘要】：超精密加工技術(shù)是現(xiàn)代制造技術(shù)的重要組成部分,它直接影響著國防水平和民用加工技術(shù)的發(fā)展,幾十年來,各工業(yè)強國都在超精密加工領(lǐng)域進行了深入的研究,并取得了巨大的成就。超精密機床是超精密加工的重要手段,轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)是確保機床加工質(zhì)量的核心裝備之一,因此對轉(zhuǎn)臺部件研究具有重大的意義。根據(jù)課題中轉(zhuǎn)臺設(shè)計的具體要求,選擇閉式氣體靜壓軸承作為支撐部件,將重點放在了支撐系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設(shè)計上。研究了氣浮軸承的原理,確定了小孔節(jié)流的結(jié)構(gòu)形式,軸承布局為徑向軸承和雙向止推軸承結(jié)合的方式。利用表壓比法設(shè)計了軸承的詳細尺寸,通過工程計算,得到了轉(zhuǎn)臺在一定工作壓強下的承載力、靜剛度和耗氣量等性能參數(shù)。為了提高轉(zhuǎn)臺的控制精度,采用UMAC控制器、線性驅(qū)動器、直流無刷力矩電機和圓光柵組成全閉環(huán)控制系統(tǒng)。根據(jù)氣體潤滑軸承的基本原理,建立了轉(zhuǎn)臺止推軸承在柱坐標下的Reynolds方程,利用Fluent有限元分析軟件,研究了氣膜平均厚度和供氣壓強對止推軸承靜態(tài)特性的影響規(guī)律,并對轉(zhuǎn)臺的靜態(tài)剛度進行測量,將測量的結(jié)果與理論計算結(jié)果和仿真結(jié)果進行比較,驗證了轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)設(shè)計的合理性。利用WORKBENCH對轉(zhuǎn)臺進行模態(tài)分析,得出其各階固有頻率和模態(tài)振型,結(jié)果表明轉(zhuǎn)臺在正常轉(zhuǎn)速下不會引起諧振,同時也采用高精度回轉(zhuǎn)誤差分析儀對轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)精度進行了測試,結(jié)果表明轉(zhuǎn)臺的軸向誤差比較小,徑向誤差稍大,針對轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)誤差進行了分析并提出了改進措施。基于UMAC和驅(qū)動器完成了控制系統(tǒng)搭建,在搭建的控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上建立了力矩電機運動的數(shù)學模型,使其滿足設(shè)計要求,通過Simulink仿真調(diào)試得出最佳PID參數(shù)。基于UMAC控制器對控制參數(shù)進行了整定,得到了轉(zhuǎn)臺實際工作的最佳控制參數(shù)。利用激光干涉儀測量了轉(zhuǎn)臺初始定位精度并基于UMAC的誤差補償功能進行補償,使轉(zhuǎn)臺定位精度達到設(shè)計指標。
【圖文】：

圖 2-1 氣浮轉(zhuǎn)臺總體結(jié)構(gòu)圖Fig.2-1 The overall structure of air bearing rotary stage氣浮轉(zhuǎn)臺主要由徑向軸承、止推軸承、直流無刷力矩電機、圓光柵、推力軸環(huán)、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸、光柵轉(zhuǎn)軸、外殼和工件轉(zhuǎn)盤組成。工件轉(zhuǎn)盤，推力軸環(huán)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸通過螺栓連接，軸承固定環(huán)與轉(zhuǎn)臺外殼通過螺栓連接，電機轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸過盈配合，電機定子與轉(zhuǎn)臺外殼過盈配合，圓光柵與光柵轉(zhuǎn)軸通過螺栓連接。圓光柵與軸采用錐面配合安裝方式，只要稍微增大軸在配合部位的直徑，利用該方法，即使軸偏心，光柵尺也可以獲得較高的同心度，提高轉(zhuǎn)臺的精度，一旦安裝螺栓預緊力調(diào)到適當水平，系統(tǒng)會對熱擾動或沖擊干擾產(chǎn)生很強的抗干擾能力。研發(fā)氣浮轉(zhuǎn)臺的實物圖如下圖 2-2 所示。

圖 2-1 氣浮轉(zhuǎn)臺總體結(jié)構(gòu)圖Fig.2-1 The overall structure of air bearing rotary stage要由徑向軸承、止推軸承、直流無刷力矩電機、圓光轉(zhuǎn)軸、外殼和工件轉(zhuǎn)盤組成。工件轉(zhuǎn)盤，推力軸環(huán)固定環(huán)與轉(zhuǎn)臺外殼通過螺栓連接，電機轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子外殼過盈配合，圓光柵與光柵轉(zhuǎn)軸通過螺栓連接。式，只要稍微增大軸在配合部位的直徑，利用該方法得較高的同心度，提高轉(zhuǎn)臺的精度，，一旦安裝螺栓熱擾動或沖擊干擾產(chǎn)生很強的抗干擾能力。研發(fā)氣。
【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG659

【參考文獻】

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本文編號：2527833