哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
目录
摘要 ............................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................. I I 第1章绪论 . (1)
1.1课题来源及研究的背景和意义 (1)
1.1.1课题来源 (1)
1.1.2课题研究的背景和意义 (1)
1.2主轴动平衡技术国内外研究现状 (2)
1.2.1主轴动平衡算法研究现状 (2)
1.2.2主轴动平衡检测技术研究现状 (3)
1.2.3主轴动平衡调整装置研究现状 (4)
1.3超精密机床主轴动平衡技术研究现状 (7)
1.4课题研究的主要内容 (9)
第2章超精密车床主轴现场动平衡技术的理论研究 (10)
2.1引言 (10)
2.2超精密车床主轴动平衡精度分析 (10)
2.2.1主轴动平衡对车削加工影响的仿真 (10)
2.2.2工件装夹对超精密车床主轴动平衡的影响 (14)
2.3超精密车床主轴的动平衡评价 (19)
2.3.1主轴动平衡的通用评价标准 (19)
2.3.2基于超精密车床主轴的动平衡评价 (21)
2.4超精密车床主轴动平衡的理论实现 (23)
2.4.1主轴动平衡理论分析 (23)
2.4.2主轴动平衡算法实现 (24)
2.5超精密车床主轴动平衡系统方案的制定 (26)
2.6本章小结 (27)
第3章超精密车床主轴现场动平衡系统的研制 (28)
3.1引言 (28)
3.2超精密车床主轴动平衡测试系统的硬件设计 (28)
3.2.1主轴转速信号测量 (29)
3.2.2主轴振动信号测量 (30)
3.2.3主轴动平衡信号采集 (31)
3.3主轴不平衡矢量信号的处理 (32)
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
3.3.1主轴不平衡矢量信号的预处理 (33)
3.3.2主轴动平衡矢量信号的滤波及积分变换 (35)
3.3.3超精密车床主轴动平衡振动位移幅值与相位的提取 (38)
3.4主轴不平衡矢量的计算与提取 (41)
3.4.1不平衡矢量试重提取法的实现 (41)
3.4.2不平衡矢量无试重提取法的实现 (42)
3.5超精密车床主轴动平衡调整装置及算法实现 (43)
3.5本章小结 (49)
第4章超精密车床主轴现场动平衡系统实验研究 (50)
4.1引言 (50)
4.2超精密车床主轴现场动平衡系统精度验证 (50)
4.2.1主轴低转速下的动平衡测试 (51)
4.2.2主轴高转速下的动平衡测试 (57)
4.2.3主轴动平衡测试精度试验总结 (59)
4.3超精密机床主轴无试重动平衡系统实验验证 (60)
4.4超精密机床主轴动平衡调整装置的精度及效率验证 (62)
4.5本章小结 (63)
结论 (64)
参考文献 (65)
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 (69)
哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限 (70)
致谢 (71)
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第1章绪论
1.1课题来源及研究的背景和意义
1.1.1课题来源
本课题来源于国家重大专项工程项目“**加工技术研究”。
1.1.2课题研究的背景和意义
超精密加工作为现代高端制造业的代表技术之一，在装备制造、电子信息技术等军用和民用领域都有着广泛的研究和应用价值。其在国防和尖端技术的发展等方面都起着重要的作用。主轴作为超精密车床的核心构件之一，其性能的优劣会直接影响车床的加工精度、可靠性和寿命。而主轴动不平衡作为引起主轴振动的主要原因之一，严重的影响了超精密车床的加工精度、稳定性和寿命。因此，在超精密车床的主轴上实现高效高精度的动平衡己成为一项不可或缺的关键技术，有着重要的研究价值和意义。
对于超精密车床主轴而言，难免会因为制造、装配等误差导致其质量轴线与旋转轴线不重合，即使是经过高精度离线动平衡的主轴，在机床加工过程中也会因为工件装夹，环境变化等因素造成新的动不平衡[1]。主轴动不平衡会使车床主轴产生振动，影响镜面加工的质量，还会使支承产生动载荷，影响支承部件的正常工作，使得动、静部件磨损、基础松裂从而影响机器寿命[2]。
本课题组研发的超精密单点金刚石车床在未经过精密的动平衡之前，很难加工出镜面效果，加工后的工件经仪器观察，明显可以看到大面积的波纹状加工瑕疵。但是，在经过精密的离线动平衡和良好的调整之后，其加工非球曲面的形位精度小于1μm，粗糙度Ra小于10nm。然而，当工件较大或环境状态变化较大时，其动平衡精度往往得不到保证，无法进行超精密镜面加工，不得不停机，利用现场动平衡仪进行现场高精度的动平衡调整。这种使用现场动平衡仪进行的动平衡操作，需要现场接线，每一次测试都需要进行试重标定，操作繁琐，效率低下，无法满足超精密车床主轴频繁的高精度动平衡操作要求。因此，必须针对本文的超精密车床研制配套的动平衡系统，免除多次的试重标定操作，以实现车床主轴动平衡的高效高精度在位测试及现场调整。另外，本车床的动平衡虽已远低于ISO 1940的G0.4的最高标准，但其仍然有可能对加工表面质量有所影响，因此，本文从零件加工质量和主轴振动状态的角度，对其动平衡状态进行评价，从而指导动平衡的调整。