超精密液体静压导轨运动误差测试与分析

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1、广东工业大学硕士学位论文（工程硕士）超精密液体静压导轨运动误差测试与分析刘震二〇一八年五月分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111501228广东工业大学硕士学位论文（工程硕士）超精密液体静压导轨运动误差测试与分析刘震校内导师姓名、职称：刘强教授尹自强教授校外导师姓名、职称：赵休金工程师学科(专业)或领域名称：机械工程学生所属学院：机电工程学院论文答辩日期：2018年5月26日ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster(MasterofEngineer

2、ing)MeasurementandAnalysisofMotionErrorsofUltra-precisionHydrostaticGuidewayCandidate:LiuZhenSupervisor:ProfLiuQiangProfYinZiqiangMay2018SchoolofElectromechanicalEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou，Guangdong，P.R.China，510006摘要摘要超精密机床的制造水平是衡量国家装备制造业的重要标准。液体静压导轨是超精密加工机床的主要耦合部

3、件，它的运动误差直接影响机床的加工精度。因此对液体静压导轨系统的运动误差测试分析具有重要的现实意义。首先针对液体静压导轨系统的设计要求，进行了结构系统、控制系统及供油系统的方案设计。基于对导轨结构的分析对比，确立了外滑闭式框架的液体静压导轨结构，并对导轨的油垫结构尺寸及刚度等参数进行了计算。为实现液体静压导轨的高精度，建立了全闭环控制系统。其次通过对液体静压导轨系统的运动误差影响因素分析，建立了基于平面平晶的运动误差测试系统。利用MATLAB软件编写误差评定算法，并基于GUI设计了人机交互界面，可以快速计算出误差值。然后基于CFD理论对油垫油膜进行有限元仿真分析，利用FLU

4、ENT软件得到了导轨运动副面形误差幅值及供油压力等影响运动误差因素的变量对油膜压力变化的趋势。并建立了基于运动误差因素的运动学模型及傅里叶级数方程。基于有限元仿真分析的压力规律及模型关系，通过磨削实验研究了导轨运动副面形误差幅值对导轨运动精度的影响规律，验证了有限元分析的准确性；同时通过对比实验研究了供油压力与运动速度的变化对导轨的俯仰和偏摆误差的影响规律，研究表明运动速度越大供油压力对导轨的运动误差的影响越明显。最后针对液体静压导轨系统的高精度的设计需求，通过激光干涉仪的定位精度的测试并基于UMAC运动控制器的定位精度补偿方法，使得液体静压导轨的定位精度基本达到设计的要求

5、。通过了车削端面的实验验证了导轨系统的定位精度的补偿效果。关键词：液体静压导轨；运动误差；误差测试；误差补偿I广东工业大学硕士学位论文ABSTRACTThemanufacturinglevelofultra-precisionmachinetoolsisanimportantcriteriontojudgetheequipmentmanufacturingindustryofanation.Themotionerrorsofhydrostaticguidewayswhicharethemaincouplingpartsofultra-precisionmachinetool

6、sdirectlyaffectsthemachiningaccuracy.Therefore,themeasurementandanalysisofmotionerrorsofhydrostaticguidewayssystemhaveveryimportantpracticalmeanings.Firstly,aimingatthedesignrequirementsofhydrostaticguidewayssystem,wehavecarriedouttheschemedesignofstructuresystem,controlsystemandoilsupplys

7、ystem.Basedontheanalysisandcomparisonoftheguidewaysstructure,theliquidstaticpressureguidewaystructureoftheouterslidingframeisestablished,andthemainparametersincludingthesizeandstiffnessoftheoilcushionstructurearecalculated.Inordertoachievehighaccuracyoftheguid