近年來(lái),超精密加工技術(shù)成為航空、深空探測(cè)、光電顯示等領(lǐng)域的技術(shù)支撐,超精密加工零件在軍事、民用等領(lǐng)域出現(xiàn)了大量需求;作為實(shí)現(xiàn)零部件超精密加工的母機(jī),超精密機(jī)床的發(fā)展受到了各國(guó)廣泛關(guān)注。在實(shí)際應(yīng)用中,五軸聯(lián)動(dòng)超精密機(jī)床能夠滿足復(fù)雜光學(xué)曲面、大型超精密光學(xué)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(yīng)用前景與巨大的應(yīng)用價(jià)值。但是,現(xiàn)階段我國(guó)在五軸聯(lián)動(dòng)超精密機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)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(guó)外技術(shù)封鎖等問(wèn)題。本課題為解決硬脆材料光學(xué)元件加工問(wèn)題,開(kāi)展了五軸聯(lián)動(dòng)超精密磨床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析研究,選擇液體靜壓絲杠作為直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置,搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。本文首先對(duì)五軸聯(lián)動(dòng)超精密磨床進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析。從硬脆材料光學(xué)零件的加工質(zhì)量要求出發(fā),分析機(jī)床功能需求,確定整機(jī)構(gòu)型及主要運(yùn)動(dòng)部件形式。機(jī)床各直線軸均采用液體靜壓導(dǎo)軌以保證導(dǎo)向精度,根據(jù)液體靜壓支承相關(guān)理論設(shè)計(jì)機(jī)床X軸、Z軸、垂直軸導(dǎo)軌結(jié)構(gòu);選擇液體靜壓絲杠作為X、Z軸的驅(qū)動(dòng)裝置并完成機(jī)床三維建模。將五軸磨床整體抽象為多體系統(tǒng)并建立機(jī)床幾何誤差模型,分析了加工誤差敏感方向幾何誤差的來(lái)源,通過(guò)誤差分配確定了機(jī)床主要運(yùn)動(dòng)部件的精度指標(biāo)�？紤]到五軸磨床對(duì)動(dòng)態(tài)特性具有較高要求,在完成機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,對(duì)機(jī)床主要運(yùn)動(dòng)部件以及整機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析,預(yù)測(cè)機(jī)床動(dòng)態(tài)特性。有限元分析內(nèi)容包括液體靜壓導(dǎo)軌與垂直軸的靜力學(xué)變形、熱變形以及模態(tài)特性,還包括整機(jī)的模態(tài)以及諧響應(yīng)特性。仿真分析主要以結(jié)構(gòu)變形量、固有頻率與振型、剛度等指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)特性,找出結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)以指導(dǎo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作。最后,本文設(shè)計(jì)并搭建了液體靜壓絲杠驅(qū)動(dòng)的超精密直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng),完成了機(jī)械結(jié)構(gòu)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(yùn)行。在電流環(huán)條件下進(jìn)行了系統(tǒng)位置閉環(huán)伺服參數(shù)優(yōu)化并測(cè)試了系統(tǒng)伺服特性;實(shí)驗(yàn)證明,該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)10nm運(yùn)動(dòng)分辨率,具有良好的穩(wěn)態(tài)特性、抗干擾特性以及動(dòng)態(tài)特性。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG580.2
【部分圖文】：

Nanotech500FG五軸聯(lián)動(dòng)超精密自由曲面加工機(jī)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(jié)構(gòu)的超精密加工在超精密加工領(lǐng)域，由于我國(guó)起步相對(duì)較晚，與國(guó)外相比仍存在一定差距。近年來(lái)，在國(guó)防、航天、通訊、電子工業(yè)等領(lǐng)域中，出現(xiàn)越來(lái)越多超精密加工應(yīng)用需求。例如慣性導(dǎo)航儀器等相關(guān)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(jī)床Nanotech 系列機(jī)床主要功能部件包括：花崗巖床身、主（C）軸及其驅(qū)、液體靜壓導(dǎo)軌（X、Z 軸）及其驅(qū)動(dòng)裝置、垂直軸及其驅(qū)動(dòng)裝置、B 軸動(dòng)裝置、快刀伺服系統(tǒng)、金剛石刀具、光學(xué)對(duì)刀儀等。X、Z 軸的運(yùn)動(dòng)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(xiàn)】

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本文編號(hào)：2882457