辊筒模具超精密加工机床液体静压导轨热变形分析.pdf

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1、论坛辊筒模具超精密加工机床液体静压导轨热变形分析*何文强，王波，乔政，渠达，吴言功（哈尔滨工业大学机电工程学院，哈尔滨150001）[摘要]为了提高辊筒模具光学微结构的加工精度，本文对辊筒模具超精密加工机床的直线导轨系统进行了热变形分析。首先，根据液体静压导轨的结构特点提出了有限元分析中的油膜等效替代方法，建立了有限元分析模型。其次，应用有限元软件对机床直线导轨系统进行了热-结构耦合分析，得到了其直线导轨系统热变形误差，并给出了改善辊筒模具加工机床光学微结构加工精度的方法。最后，通过微结构刨削加工实验对有限

2、元分析结果进行了验证。[关键词]辊筒模具；超精密加工机床；光学微结构；液体静压导轨；热变形[中图分类号]TH137[文献标识码]A[文章编号]1003-5451(2017)04-0005-06AnalysisofThermalDeformationofHydrostaticGuidewayforRollerMoldUl-tra-PrecisionMachineHEWen-qiang,WANGBo,QIAOZheng,etal.(CollegeofMechanicalandElectricalEngineer

3、ing,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001)[Abstract]Inordertoimprovethemachiningaccuracyfortheopticalmicrostructure,thethermaldeformationanalysisofthelinearguidewaysystemfortherollermoldultra-precisionmachinetooliscarriedout.Accordingtothestructuralchar

4、acteristicsofhydrostaticguideway,anequivalentmethodofoilfilminfiniteelementanalysisispresentedandthefiniteelementanalysismodelisestablished.Thethermal-structurecouplinganalysisofthelinearguidewaysystemofthemachinetooliscarriedoutbyusingthefiniteelementsoft

5、ware.Thethermaldeformationerroroflinearguidewaysystemisobtained.Themethodtoimprovethemachiningaccuracyoftheopticalmicrostructureoftherollermouldmachineispresented.Thefiniteelementanalysisresultsareverifiedbytheexperimentofmicrostructuremachining.[Keywords]

6、rollermold;ultra-precisionmachine;opticalmicrostructure;hydrostaticguideway;thermaldeformation*科技重大专项课题（2011XZ04004-021）；国家自然科学基金（51605119）资助项目作者简介：何文强（1992-），男，硕士，主要研究方向为超精密机床设计、数控及超精密运动控制技术。·5·辊筒模具超精密加工机床液体静压导轨热变形分析热变形误差严重影响超精密机床加工精度，环境量之间的关系对其流量进行计算，计算公

7、式如下：温度的变化及机床部件生热会使机床各结构发生变Rf=Rc+Rh（1）形，进而影响工件与刀具之间的正确相对位置，同时由Q=Ps/Rf（2）于结构的复杂性及其传递过程的不确定性等因素使得L机床热变形呈现非线性的特点，这都使得对热变形误[1-2]差进行分析变得十分困难。其中液体静压导轨是通过将具有一定压力的液压油输入到导轨结合面之间lB使导轨处于纯液体摩擦状态，此时导轨运动速度与导轨所承受外载均对油膜厚度影响很小并且摩擦系数仅[3]b为0.005左右，所以十分适用于超精密加工机床。但是油膜与外部环境的温度变

8、化均会给导轨系统带来热[4-6]变形误差从而影响加工精度。图2H型油腔示意图通过对国内外相关文献研究发现，热误差对于超8ρQRc=224（3）精密加工机床加工精度是十分关键的影响因素之一。απd本文基于ANSYS热-结构耦合分析，得到了辊筒模具6µRh=h3(B−b+L−l)（4）加工机床直线导轨系统温度分布及热变形；提出了改lb善辊筒模具加工机床光学微结构加工精度的方法，并则有：对理论分析结果进行了实验验证。√