近年來,超精密加工技術成為航空、深空探測、光電顯示等領域的技術支撐,超精密加工零件在軍事、民用等領域出現(xiàn)了大量需求;作為實現(xiàn)零部件超精密加工的母機,超精密機床的發(fā)展受到了各國廣泛關注。在實際應用中,五軸聯(lián)動超精密機床能夠滿足復雜光學曲面、大型超精密光學元件等零件的高質(zhì)量加工,能夠解決諸多加工難題,具有廣泛的應用前景與巨大的應用價值。但是,現(xiàn)階段我國在五軸聯(lián)動超精密機床結構設計、運動控制、裝配調(diào)試等方面都未成熟,研制水平有待提升,又要面臨國外技術封鎖等問題。本課題為解決硬脆材料光學元件加工問題,開展了五軸聯(lián)動超精密磨床結構設計與分析研究,選擇液體靜壓絲杠作為直線運動系統(tǒng)的驅動裝置,搭建實驗平臺開展相關實驗研究。本文首先對五軸聯(lián)動超精密磨床進行結構設計與分析。從硬脆材料光學零件的加工質(zhì)量要求出發(fā),分析機床功能需求,確定整機構型及主要運動部件形式。機床各直線軸均采用液體靜壓導軌以保證導向精度,根據(jù)液體靜壓支承相關理論設計機床X軸、Z軸、垂直軸導軌結構;選擇液體靜壓絲杠作為X、Z軸的驅動裝置并完成機床三維建模。將五軸磨床整體抽象為多體系統(tǒng)并建立機床幾何誤差模型,分析了加工誤差敏感方向幾何誤差的來源,通過誤差分配確定了機床主要運動部件的精度指標�？紤]到五軸磨床對動態(tài)特性具有較高要求,在完成機床結構設計的基礎上,對機床主要運動部件以及整機結構進行了有限元分析,預測機床動態(tài)特性。有限元分析內(nèi)容包括液體靜壓導軌與垂直軸的靜力學變形、熱變形以及模態(tài)特性,還包括整機的模態(tài)以及諧響應特性。仿真分析主要以結構變形量、固有頻率與振型、剛度等指標評價結構特性,找出結構的薄弱環(huán)節(jié)以指導結構優(yōu)化工作。最后,本文設計并搭建了液體靜壓絲杠驅動的超精密直線運動系統(tǒng),完成了機械結構裝配以及控制系統(tǒng)調(diào)試工作,搭建了高性能液壓系統(tǒng),保證直線軸穩(wěn)定運行。在電流環(huán)條件下進行了系統(tǒng)位置閉環(huán)伺服參數(shù)優(yōu)化并測試了系統(tǒng)伺服特性;實驗證明,該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)10nm運動分辨率,具有良好的穩(wěn)態(tài)特性、抗干擾特性以及動態(tài)特性。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG580.2
【部分圖文】：

Nanotech500FG五軸聯(lián)動超精密自由曲面加工機床[3]

a）碳化硅材料加工 b）鋁材料非球面加工 c）微透鏡陣列加工圖 1-2 多種材料及結構的超精密加工在超精密加工領域，由于我國起步相對較晚，與國外相比仍存在一定差距。近年來，在國防、航天、通訊、電子工業(yè)等領域中，出現(xiàn)越來越多超精密加工應用需求。例如慣性導航儀器等相關系統(tǒng)中的陀螺軸承、浮子以及支架等零件

圖 1-3 Moore 公司 Nanotech 350FG 超精密機床Nanotech 系列機床主要功能部件包括：花崗巖床身、主（C）軸及其驅、液體靜壓導軌（X、Z 軸）及其驅動裝置、垂直軸及其驅動裝置、B 軸動裝置、快刀伺服系統(tǒng)、金剛石刀具、光學對刀儀等。X、Z 軸的運動行為 350mm、300mm，以“T 型”布局分布，采用分辨率 0.034nm 激光全
【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 夏毅敏;王洋;胡均平;楊添任;羅松保;張剛強;;節(jié)流器結構參數(shù)對Nanosys-1000液體靜壓導軌承載特性的影響[J];光學精密工程;2015年09期

2 潘高星;;液體靜壓功能部件發(fā)展及應用[J];機床與液壓;2013年20期

3 袁哲俊;;國內(nèi)外精密加工技術最新進展[J];工具技術;2008年10期

4 申濤;孫雅洲;盧澤生;;氣體靜壓絲杠誤差均化作用的研究[J];航空精密制造技術;2008年04期

5 王洪祥;王景賀;孫濤;張龍江;;磷酸二氫鉀晶體超精密加工存在的若干問題分析[J];兵工學報;2006年05期

6 王英,熊振華,丁漢;直線電機運動控制中的干擾觀測器的研究[J];中國機械工程;2004年17期

7 張建明 ,羅松保;Nanosys-300非球面曲面超精密加工系統(tǒng)的研究[J];國防技術基礎;2002年06期

8 曹君蓬,楊輝;液體靜壓導軌及其驅動系統(tǒng)的研究[J];航空精密制造技術;2002年03期

9 李圣怡,戴一帆;超精密加工技術的發(fā)展及對策[J];中國機械工程;2000年08期

10 王波,董申,趙萬生;利用滾珠絲杠的微動特性實現(xiàn)納米級定位[J];航空精密制造技術;1998年06期

相關博士學位論文 前1條

1 張永濤;液體靜壓絲杠副螺距誤差作用機理與運動特性研究[D];山東大學;2017年

相關碩士學位論文 前7條

1 龔儉龍;液體靜壓導軌的多目標優(yōu)化及流場仿真分析[D];廣東工業(yè)大學;2014年

2 喬政;模輥超精密加工機床動態(tài)特性研究及其控制系統(tǒng)設計[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

3 楊添任;Nanosys-1000非球面加工機床液體靜壓導軌工作特性研究[D];中南大學;2013年

4 江云;超精密金剛石車床熱態(tài)特性分析[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年

5 宋濤;基于直線電機的氣浮工作臺進給控制技術研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

6 程陶;基于直線電機的精密定位驅動技術研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

7 趙樹清;高速液體靜壓絲杠螺母副的研究[D];蘭州理工大學;2008年

本文編號：2882457