精密磨床闭式液体静压导轨静态特性分析

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闭式液体静压导轨因其抗振性好、运动精度高、平稳等优点,已广泛应用于精密机床。静压导轨静态性能直接影响机床的加工精度和使用性能。静压导轨静态性能主要包括导轨刚度、承载力、封油边出口流量等。影响导轨性能的因素有很多,随着加工精度的不断提高,导轨的弹性变形对其静态性能的影响不可忽略。本文针对一种新型主、辅油垫共面的闭式静压导轨,提出了考虑弹性变形影响的静压导轨静态特性多步计算方法,并较为系统地分析弹性变形对导轨静态性能的影响。论文的主要研究工作如下:(1)基于经典静压理论,推导了静压导轨的流量方程、承载力方程和油膜刚度方程,并以油膜刚度,出口流量,导轨位移率作为静态性能指标,分析各设计参数对液体静压导轨静性能的影响。(2)针对导轨的弹性变形对静压导轨静态特性影响的问题,提出了一种静压导轨静态特性多步计算方法。首先,推导考虑导轨弹性变形的导轨静态特性计算公式;其次,将静压导轨的供油压力分成若干等分,基于推导的考虑导轨弹性变形的导轨静态特性计算公式,逐步计算静压导轨的油腔压力,并采用有限元法,逐步计算静压导轨在油腔压力作用下的弹性变形量;最后,累加各步结果获得导轨在供油压力下的变形量,继而计算静压导轨静态特性。(3)针对磨削进给系统和工件进给系统闭式液体静压导轨,在考虑导轨弹性变形情况下分别采用传统方法和多步法分析计算其静态特性,并与不考虑弹性变形情况下的导轨静态特性比较。研究结果表明:静压导轨变形后腔压降低,系统垂向油膜刚度下降,封油边出口流量增加。在静压导轨实际设计过程中,应当考虑导轨变形对其静态特性的影响。采用多步法计算考虑弹性变形的静压导轨静态特性计算精度高于传统方法;随着步数的增加,静压导轨的变形量与静态特性趋近其真实值。将供油压力平均分成若干等分值,分步迭代计算导轨的弹性变形量,再累加计算导轨的弹性变形,可以提高导轨静态特性的计算精度。
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