环境微振动作用下超精密机床动力学分析及基础隔振技术研究

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超精密加工技术是现代高端装备制造的支撑技术,不断提高加工质量是该领域研究和发展的首要目标,超精密加工机床的动态特性与环境微振动是影响其加工质量的主要因素。本文主要从以下几个方面进行研究:(1)采用计算流体力学方法对超精密机床空气静压主轴系统动力学特性进行研究,为了解决大跨尺度动网格建模时易产生负网格问题,基于ANSYS?ICEM CFD?软件,结合multiblock方法与结构化网格方法建立气膜网格模型,通过动网格技术分析空气静压主轴系统进气孔直径、进气压力、气膜厚度、及转速对其线刚度及角刚度的影响规律;(2)通过将数值模拟获得的机床动态特性与模态试验结果进行比较,验证该动力学模型的有效性。此外,由于将白噪声作为功率谱模拟真实环境微振动存在较大差异,实测机床地基外侧环境微振动数据并根据功率谱密度估计方法处理长时间测量振动信号,模拟统计的环境振动激励,将其应用于动力学模型,研究刀尖在环境振动下的动态响应,结果表明刀尖响应高达0.309μm。(3)对超精密机床基础隔振技术进行探索,提出二级隔振方案,第一级采用包括阻尼材料垫层的大质量混凝土块,第二级采用压电堆致动器与空气弹簧联合隔振,控制策略为模糊PID自适应控制。仿真结果表明:与被动隔振相比,该隔振方案隔振效果大幅提高,其隔振率高达80%以上。
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