龙门车铣中心液体静压导轨性能的理论分析与实验研究

论文摘要

龙门车铣中心集车削和铣削成一体，通过一次装夹即可完成车削与铣削的全部工序，有效地提高了零件的加工精度和效率，在军事、航空、船舶以及其他民用工业领域都得到了广泛的应用。液体静压导轨是龙门车铣中心的关键功能部件之一，其性能的优良程度直接决定车铣中心的加工精度与产品质量。龙门车铣中心液体静压导轨的结构复杂，各油腔相互耦合，承载力计算困难。本文推导定压、定量及PM控制器供油下油腔承载力的普遍适用超静定力学模型，分析液体静压导轨的静态、动态、振动等性能指标，提出一种基于恒厚度油膜的开式导轨自适应供油方案，采用VC++软件开发油腔承载力计算及性能分析软件，对龙门车铣中心的龙门架及工作台进行现场测试，为龙门车铣中心的性能分析及优化设计提供理论依据。本文的主要研究内容如下：（1）考虑多油腔不规则布置的复杂液体静压导轨油腔承载力的超静定耦合问题，将承受外载荷时的油膜厚度表达式作为变形协调方程，详细推导出不同供油方式下多油腔不规则布置的复杂液体静压导轨的承载力普遍适用计算方案，为后续的液体静压导轨性能分析提供基础。（2）以回转工作台为对象，研究偏心载荷下定压及定量供油方式下各油腔的压力、流量及油膜厚度的耦合关系；对其中一个油腔的供油流量进行调节，研究调节流量对工作台各油腔性能的影响；研究油腔的数目及尺寸对垂直及倾覆载荷作用下导轨的静刚度、承载能力等性能指标的影响，对导轨面内的油腔数目及尺寸进行优化分析，为液体静压导轨的参数优化提供理论依据。（3）以外载荷为输入、油膜厚度为输出，推导出不同供油方式下闭式、开式液体静压导轨的静态及动态方程，将承载能力、静刚度、功率损失，调整时间、动刚度、相角裕度等分别作为液体静压导轨的静态、动态性能指标，并研究封油边宽度、系统泵压、油液粘度、油膜厚度等设计参数对导轨静态、动态性能的影响，为液体静压导轨的静态、动态性能分析提供理论依据。（4）根据液体静压导轨的运动学方程及油腔的压力流量方程，假定液体静压导轨的滑板等部件为刚体，得到静压油腔的刚度及阻尼系数，详细推导不同供油方式下闭式、开式液体静压导轨在激振力及激励位移下的振动模型，将固有频率、幅值放大系数等分别作为液体静压导轨的振动性能指标，并研究系统泵压、油液粘度、油膜厚度、油腔压力、导轨质量、载荷频率等设计参数对导轨振动性能的影响，采用VC++开发油腔性能分析软件，为液体静压导轨的振动性能分析提供理论依据。（5）针对开式液体静压导轨油膜刚度相对较小的情况，提出基于恒厚度油膜的定量泵+比例阀的自适应供油方案，并理论分析定压、定量、PM控制器供油及自适应供油方案的开式液体静压导轨油膜厚度，为提高开式液体静压导轨的油膜刚度提供理论依据。（6）以现场的一台龙门车铣中心为例，对其回转工作台及龙门架的油腔压力进行现场测试，验证其理论分析的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 液体静压导轨的工作原理
• 1.1.2 液体静压导轨的优缺点
• 1.1.3 液体静压导轨的关键结构及部件
• 1.2 液体静压导轨的研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 课题背景及研究的目的和意义
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第2章 龙门车铣中心液体静压导轨油腔承载力计算与分析
• 2.1 引言
• 2.2 液体静压导轨的油腔承载力计算
• 2.2.1 液体静压导轨的初始设计参数
• 2.2.2 定压供油式油腔承载力
• 2.2.3 定量供油式油腔承载力
• 2.2.4 PM 控制器供油式油腔承载力
• 2.2.5 液体静压导轨的油腔承载力软件开发
• 2.3 液体静压导轨各油腔承载力的耦合关系分析
• 2.3.1 载荷正心时的油腔承载力
• 2.3.2 载荷偏心时的定压供油式油腔承载力
• 2.3.3 定压供油式油腔流量的调节
• 2.3.4 载荷偏心时的定量供油式油腔承载力
• 2.3.5 定量供油式油腔流量的调节
• 2.4 液体静压导轨的油腔数目分析
• 2.4.1 导轨的初始状态
• 2.4.2 垂直载荷下的导轨性能
• 2.4.3 倾覆载荷下的导轨性能
• 2.4.4 油腔数目分析
• 2.4.5 范例
• 2.5 液体静压导轨的油腔尺寸分析
• 2.5.1 导轨的初始状态
• 2.5.2 垂直载荷下的导轨性能
• 2.5.3 倾覆载荷下的导轨性能
• 2.5.4 油腔尺寸分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 龙门车铣中心液体静压导轨静态、动态性能分析
• 3.1 引言
• 3.2 液体静压导轨的数学建模
• 3.2.1 闭式静压导轨的状态方程
• 3.2.2 开式静压导轨的状态方程
• 3.2.3 不同供油方式静压导轨的传递函数
• 3.2.4 线性化处理前后的静压导轨误差比较
• 3.3 液体静压导轨的静态性能分析
• 3.3.1 静压导轨的静态性能指标
• 3.3.2 设计参数对导轨静态性能的影响
• 3.4 液体静压导轨的动态性能分析
• 3.4.1 静压导轨的动态性能指标
• 3.4.2 设计参数对导轨动态性能的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 龙门车铣中心液体静压导轨振动性能分析
• 4.1 引言
• 4.2 激振力作用下的液体静压导轨振动分析
• 4.2.1 激振力作用下的常规闭式液体静压导轨振动分析
• 4.2.2 激振力作用下的常规开式液体静压导轨振动分析
• 4.2.3 激振力作用下的 PM 控制器供油式液体静压导轨振动分析
• 4.3 激励位移作用下的液体静压导轨振动分析
• 4.3.1 激励位移作用下的常规闭式液体静压导轨振动分析
• 4.3.2 激励位移作用下的常规开式液体静压导轨振动分析
• 4.3.3 激励位移作用下的 PM 控制器供油式液体静压导轨振动分析
• 4.4 设计参数对液体静压导轨振动性能的影响
• 4.4.1 静压导轨的振动性能指标
• 4.4.2 设计参数对导轨振动性能的影响
• 4.4.3 液体静压导轨的油腔性能分析软件开发
• 4.5 本章小结
• 第5章 龙门车铣中心液体静压导轨自适应供油系统分析
• 5.1 引言
• 5.2 液体静压导轨常规供油方式油膜厚度分析
• 5.2.1 定压供油方式的油膜厚度
• 5.2.2 定量供油方式的油膜厚度
• 5.2.3 PM 控制器供油式的油膜厚度
• 5.3 液体静压导轨自适应供油方式油膜厚度分析
• 5.3.1 定量泵+比例阀+导轨控制方案
• 5.3.2 定量泵+比例阀+固定节流孔+导轨控制方案
• 5.3.3 开式液体静压导轨系统油膜厚度分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 龙门车铣中心液体静压导轨现场测试
• 6.1 引言
• 6.2 龙门车铣中心及测试系统介绍
• 6.2.1 总体介绍
• 6.2.2 回转工作台导轨
• 6.2.3 龙门架导轨
• 6.2.4 测试系统
• 6.3 回转工作台油腔压力测试与分析
• 6.3.1 回转工作台油腔压力理论计算
• 6.3.2 回转工作台油腔压力现场测试
• 6.4 龙门架导轨油腔压力测试与分析
• 6.4.1 龙门架左侧导轨油腔压力测试与分析
• 6.4.2 龙门架右侧导轨油腔压力测试与分析
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附表
• 攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介