非球面超精密气浮式测头设计及仿真.pdf

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1、非球面超精密气浮式测头设计及仿真——尹韶辉彭杰宏唐昆等非球面超精密气浮式测头设计及仿真尹韶辉彭杰宏唐昆陈逢军胡天湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心，长沙，410082摘要：非球面接触式测量过程中，采用空气静压轴承的气浮式测头，可以减小测量探针对被测表面的压力和测头移动过程中所受的摩擦力。设计了一种非球面超精密气浮式测头，采用工程算法对其方形空气静压轴承进行了尺寸设计，建立了三种采用不同节流孔形式的轴承设计模型，同时分别对这三个轴承工作时内部的气流以及整个测头内部的气流建立了有限元模型，并采用Fluent流体计算软件对以上气流模型的气压分

2、布、压强以及流量进行了仿真计算，预测了测头的静态性能。结果表明，测头刚度可达1．77MN／m，测头与被测表面之间的接触力可控制在0．1～7mN之间，所消耗空气流量最多为3．6m。／h，满足测头设计要求。关键词：非球面；气浮式测头；空气静压轴承；气腔；仿真中图分类号：TG87DoI：10．3969／i．issn．1004—132X．2O14．10．001DesignandSimulationofPneumaticControlProbeforUitra—precisionAsphereMeasurementYinShaohuiPengJie

3、hongTangKunChenFengjunHuTianNationalEngineeringResearchCenterforHighEfficiencyGrinding，HunanUniversity，Changsha，410082Abstract：Inthecourseofaspherecontact—typemeasurement，thepneumaticcontrolprobewithaerostaticbearingwasadoptedtodecreasethepressurewheremeasuringprobeactedo

4、nmeasuredsur—faceandthefrictiona1forceoftheprobeinthemotion．Apneumaticcontrolprobewasdesignedhereinforultra—precisionaspheremeasurement，thesizeofthesquareaerostaticbearingwascalcuatedbyen—gineeringalgorithm，andthreekindsofbearingmode1withdifferentthrottleorificeswereestab

5、lished。Atthesametime。thefiniteelementmodelsfortheinternalairflowinthethreebearingandtheprobeontheworkingstatuswereestablishedrespectively．Thepressuredistribution。pressureintensityandairflowrateoftheaboveflowmodelweresimulatedbyusingFluentfluidcalculationsoftware，andthepro

6、bestaticperformancewasalsoforecasted．Theresultsshowthatthestiffnessoftheprobecanreach1．77MN／m．themagnitudeofcontactforcebetweentheprobeandmeasuredsurfacecanbecon—trolledin0．1～7mN，themaximumconsumedairflowcanreach3．6m。／h，anditmeetsthedesignre—quirementsoftheprobe．Keywords：

7、asphere；pneumaticcontrolprobe；aerostaticbearing；airspace；simulation0引言式电感传感器，结合纳米测量机床，克服了非球面非球面有矫正像差的作用，可以简化光学系表面倾角过大而无法测量的问题；Chen等在一统并提高其精度口]。目前检测非球面的方法有测台四轴超精密磨床上安装了一个测头半径为头接触式检测和基于光学原理的非接触式检0．5mm的蓝宝石探针，实现了在小非球面超精密测[2]。其中，测头接触法以其高的精度和简单的磨削的在机接触式测量；贾立德等I9针对非球面检测过程中测量力对测头

8、测量不确定度的影响问算法而应用较多。一些研究人员对非球面测头接题，建立了测杆倾斜等若干变形对测量精度的影触式测量进行了研究。Shibuya等[3提出了一种响模型等。应用于非球面测量的螺旋式扫描