納米精度加工裝備關鍵部件運動穩定性的基礎研究

《納米精度加工裝備關鍵部件運動穩定性的基礎研究》是依託華中科技大學，由陳學東擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：納米精度加工裝備關鍵部件運動穩定性的基礎研究
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：陳學東
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

納米精度加工裝備是對巨觀尺寸零件實現納米量級加工精度的高端製造裝備，要求其關鍵部件—長行程工作檯與刀具主軸的複合運動達到並保持納米精度。目前，這些關鍵部件以氣浮支承和電磁驅動為典型結構特徵，其運動穩定性受電、磁、氣、固、熱多源微擾動的影響，成為制約加工精度提升的瓶頸。本項目面向我國納米精度加工裝備的重大需求，圍繞其關鍵部件中多物理量/場作用下微擾動的產生機理及傳遞規律、多物理量/場作用對系統動剛度之影響及基於動剛度增強的運動穩定性保證機制這兩個關鍵科學問題，從共性基礎和關鍵技術層面，通過多學科交叉融合，揭示納米精度加工裝備中多物理量/場耦合動力學行為規律，創建多維運動鏈-剛度鏈中微擾動的能量俘獲和轉換機制，提出狀態參量線上測控新原理，建立納米精度加工裝備高穩定運動結構的創新設計理論，為我國超精密加工裝備的自主研發提供基礎理論和關鍵技術支持，提高我國高端製造裝備關鍵基礎部件的自主創新能力。

結題摘要

本項目以納米精度加工裝備關鍵部件——長行程工作檯與刀具主軸為研究對象，以增強納米精度加工裝備關鍵部件的運動穩定性為目標，圍繞加工裝備關鍵部件中的多源複雜擾動的產生機理、傳遞規律、抑制方法，從理論、方法、關鍵技術、實驗與套用等層面展開基礎研究，為高穩定性的納米精度加工裝備的開發提供理論和技術支撐。項目目前已完成研究計畫中的全部工作內容。建立了表征氣浮支承流-固-熱耦合本構關係的動力學模型，解析了氣浮支承、電磁驅動中微擾動的產生機理及其傳遞規律，提出了氣浮支承氣膜壓力分布連續測量與空氣靜壓電主軸振動測試新技術。進一步針對氣浮支承-電磁驅動-智慧型結構系統結構高剛度與高穩定性的矛盾，從內部振動傳遞抑制合外部振動隔離兩個方面開展了穩定性增強的系統性研究。設計了俘能-傳能-換能一體壓電智慧型結構，形成了運動結構動剛度增強的設計方法；發明了相斥磁性負剛度近零剛度抑振、頻變阻尼寬頻域抑振、抑振-定位分頻段協同控制等技術及系列裝置，形成了面向運動裝備穩定性增強的寬域近零超穩抑振技術。相關成果在納米精度製造、超精密測量、高分航空觀測、光電導引/跟瞄等領域套用，服務於航空工業、中船重工、兵器工業等多家科研院所和10餘家企業，取得重大的國防和社會效益，以及顯著的經濟效益。