基于数值模拟的超精密静压导轨静态特性分析.pdf

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1、第3期组合机床与自动化加工技术NO．32015年3月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueMar．2015文章编号：1001—2265(2015)03—0024—03DOI：10．13462／j．cnki．mmtamt．2015．03．007基于数值模拟的超精密静压导轨静态特性分析术崔海龙，赵午云，夏欢，阳红，张连新(中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，四川绵阳621900)摘要：为了有效解决超精密静压导轨静态特性实验分析的难题，文章提出了一种基于ANSYSw0rk—ben

2、ch的静压导轨数值模拟方法。首先采用FLUENT模块完成流场分析，得到流体域的压力分布；然后采用积分法得到油膜面的承载力，在此基础上采用逐差法得到油膜面的刚度值；接着分析了节流孔直径、供油压力及油膜间隙对承载力及刚度特性的影响规律；最后将流体域油膜面的压力分布耦合到固体域的运动滑块上进行流固耦合分析，得到导轨运动滑块在流场压力及外部载荷作用下的应力、应变等静力特性，完成了静压导轨的强度校核。关键词：静压导轨；静态特性；数值模拟中图分类号：TH117．2；TG65文献标识码：AStudyonStaticCharacteristicsofU

3、ltra-precisionHydrostaticGuidewayBasedonNumericalSimulationCUIHai—long．ZHAOWu—yun，XIAHuan，YANGhong，ZHANGLian—xin(InstituteofMechanicalManufacturingTechnology，ChinaAcademyofEngineeringPhysics，MianyangSi—chuan621900，China)Abstract：Inordertoovercomethedificultyofexperimenta

4、lanalysisofstaticcharacteristicsforultra—preci—sionhydrostaticguideway．AnewnumericalsimulationmethodtoanalyzestaticcharacteristicswasproposedinthispaperbasedOfANSYSWorkbench．First．pressuredistributionoffluiddomainwascalculatedbyU—singtheFLUENTmodule．Theloadcapacityofoilf

5、ilmsurfacewasachievedbytheintegralofpressure．thestiffnesswasachievedbymethodofsuccessiveminus．Then．theeffectofthethicknessofoilfilm．ori—ricediameterandsupplypressureonthestiffnessandloadcapacitywasconsidered．Finallythedeformationandstressofslidingblockwasachievedbythemet

6、hodoffluid—structureinteraction．strengthcheckwaspro—cessedbyusingtheStaticStructureanalysismodule．Keywords：hydrostaticguideway；staticcharacteristics；numericalsimulation断调整，依靠上下油膜面的压力差来平衡外载荷，因此0引言在静压导轨设计过程中，必须保证足够的承载能力和超精密加工机床作为制造业中极为关键的加工装刚度才能满足重型数控机床加工精度和稳定性的要备，对国防建设和经济

7、发展都具有非常重要的价值。求。静压导轨具有运转平稳、精度高、摩擦小、使用寿命长为了满足微纳米及加工加工精度的要求(直线度等优点，在超精密加工机床中得到广泛使用。随着科在0．1／zm以内)，超精密静压导轨油膜的工作间隙厚学技术的进步，对静压导轨的性能提出了越来越高的度通常在10～3m，而导轨的其他特征几何尺寸与其要求，其中承载能力和刚度特性直接影响超精密加工相比要大10～10。倍，存在明显的跨尺寸效应。目前机床的加工精度和稳定性等核心指标，因此如何进一采用实验方法对超精密静压导轨的承载力和刚度进行步提高静压导轨的承载能力和刚度等静态特性成

8、为静测量时，由于导轨的自身变形将会引入较大的测量误压导轨研究领域不断追求的目标。差。另外，超精密静压导轨制造装配精度要求极高、周静压导轨采用高压将具有一定粘度的油液经过节期长，材料昂贵，因此通过实验方法研究