超精密平面磨床主体结构材料性能的综合分析与评估-工业技术论文磨床论文花岗岩论文

1、花岗岩论文工业技术论文磨床论文超精密平面磨床主体结构、材料、性能的综合分析与评估 【摘要】： 目前精密磨削加工正从微米、亚微米级加工向纳米级加工发展。纳米级磨削技术主要采用高刚度、高分辨率磨床,通过控制磨削深度实现精密磨削。精密和超精密磨床是保证精密、超精密磨削精度的关键。其中高精度磨床的动态特性是影响机床性能的关键因素之一。 本文在上海市科委重点科技攻关项目的支持下,研究了超精密磨削加工的工艺特性,分析了国内外超精密磨床的为提高动态性能采用的新结构及新材料,总结了国内外动态特性研究及结合面动态性能研究的现状。实验研究了人造花岗岩的理化性能,采用有限元分析了人造花岗岩材料对磨床主要部

2、件及整机性能的影响,为精密与超精密磨床的设计在主体结构与材料选择方面提供理论依据与技术支撑。本文主要研究内容如下: 首先,对自然环境,ELID磨削液(在线电解砂轮修整液)长期浸泡下以及润滑油长期浸泡的三种工作环境下人造花岗岩材料的力学性能、周期性循环载荷作用,冲击韧性性能等进行了实验研究,采用扫描电镜分析了组织变化,揭示了人造花岗岩的理化性能、使用工况和结构组织之间的变化规律。实验表明在ELID液或者润滑油长期浸泡环境下人造花岗岩的抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、冲击韧性等均有所下降,且表面有腐蚀。实验同时表明,在330小时之内的短期浸泡,人造花岗岩的理化性能未发生明显衰变。 其次,对可采用人造

3、花岗岩材料的磨床结构主要部件和微进给机构进行动态性能分析。采用HyperMesh软件进行磨床结构件的有限元建模,利用ANSYS软件对主要部件及微进给机构进行模态分析。结果表明,相同体积下,采用人造花岗岩和铸铁分别制作的支撑部件时,各阶频率相差很小,最大相差仅7.94%;由于人造花岗岩的密度只有铸铁的1/3,因此人造花岗岩作为机床支撑部件具有高的质量刚度比。 最后,对采用人造花岗岩的磨床整机进行性能分析与研究。在整机建模的过程中,利用吉村允孝积分法计算出各个结合面的等效刚度及阻尼。针对立柱、床身和工作台三大主要结构件分别选用人造花岗岩和铸铁材料,进行零部件的材料选择与配对,将整机按照八种方案进行

4、结构重组和动力学分析,以确定材料性能对动态性能的影响。结果表明,等体积下采用人造花岗岩材料和铸铁材料相比,整机各阶频率最大差值为17.5%。 通过本文的实验研究、理论分析与仿真计算,表明人造花岗岩材料作为机床主要结构件具有良好动态性能、较高的质量刚度比、稳定的理化性能和较好的抗腐蚀性能。在高性能磨床的设计中具有极大的应用潜力。【关键词】：人造花岗岩 理化性能 部件 整机 动态性能分析 实验与仿真 【学位授予单位】：上海交通大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2009【作者】：万莹【索取全文】Q联系Q：138113721 Q联系Q:139938848【目录】： · 摘要3-5

5、83; ABSTRACT5-10· 第一章 绪论10-21· 1.1 选题背景10-11· 1.2 超精密磨削加工国内外研究现状11-19· 超精密磨削工艺11-14· 国内外超精密机床设计技术发展现状14-16· 新材料的应用16-17· 机械结构的动态特性研究现状17-18· 国内外结合面静动态特性研究回顾18-19· 1.3 本文的主要研究内容19-21· 第二章 人造花岗岩材料性能试验研究与分析21-33· 2.1 人造花岗岩的基本性能与应用21-22· 人造花岗岩的

6、主要成分21· 人造花岗岩的腐蚀机理分析21-22· 2.2 试验方案及试验数据22-32· 试验方案23-25· 实验结果与分析25-32· 2.3 实验结论32· 2.4 本章小结32-33· 第三章 平面磨床主体结构动态特性分析33-47· 3.1 动态特性分析的方法33-37· 基本算法模态分析33-34· 有限元分析法34-36· 动态性能分析软件36-37· 3.2 床身的动态特性分析37-39· 磨床床身的有限元模型37-38· 磨床床身的模

7、态分析38-39· 3.3 横梁与立柱的动态特性分析39-42· 横梁与立柱的有限元模型39-40· 横梁与立柱的模态分析40-42· 3.4 工作台动态性能分析42-44· 工作台的有限元模型42· 工作台的模态分析42-44· 3.5 微进给机构动态性能分析44-46· 微进给机构有限元模型44-45· 微进给机构的模态分析45-46· 3.6 本章小结46-47· 第四章 整机动态性能分析47-67· 4.1 整机动力学模型的建立47-50· 常用的动力学模型

8、47-48· 超高速平面磨床整机结构的动力学模型48-50· 4.2 结合面模拟及参数确定50-62· 常用结合面等效动力学参数识别方法50-52· 吉村允孝积分法52-55· 结合部的动力学模型55-56· 超精密平面磨床结合面参数确定56-62· 4.3 整机动态特性分析62-66· 材料选择方案划分62-63· 整机的动力学分析63-66· 4.4 本章小结66-67· 第五章 总结与展望67-69· 5.1 本文主要研究工作总结67-68· 5.2 主要创新点68· 5.3 展望68-69· 参考文献69-71· 致谢71-72