超高速精密微主軸刀具動態誤差分析及其控制方法研究

《超高速精密微主軸刀具動態誤差分析及其控制方法研究》是依託湖南大學，由李偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：超高速精密微主軸刀具動態誤差分析及其控制方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李偉
• 依託單位：湖南大學

中文摘要

採用微工具機的微細切削磨削加工技術在複雜形狀三維微小零件加工方面具有無可比擬的優勢。但是目前研製的微主軸在超高速迴轉時刀具的跳動誤差很大，嚴重影響了微工具機的加工質量和效率。本項目提出結合靜動態誤差預估方法與刀具跳動誤差在位補償技術的超高速精密微主軸刀具動態誤差控制方法及理論，突破微主軸超高轉速下刀具亞微米跳動的技術瓶頸，有效解決微主軸超高轉速時加工質量低的問題。研究微主軸系統剛度傳遞規律及動力學特性，建立系統剛度鏈模型及切削參數與刀尖位移量之間的關係模型，為靜態與動態下誤差的預估提供理論依據；研究超高轉速下刀具跳動誤差的各種影響因素，揭示刀具跳動誤差隨轉速、載荷、時間的變化規律，為在位補償其跳動誤差提供技術支持；在上述研究基礎上，最終建立超高速精密微主軸刀具動態誤差的控制方法及理論，為我國微細切削加工裝備及工藝研究提供理論依據並打下堅實的基礎。本研究具有很強的理論意義和實用價值。

結題摘要

採用微工具機的微細切削磨削加工技術在複雜形狀三維微小零件加工方面具有無可比擬的優勢。但是目前研製的微主軸在超高速迴轉時刀具的跳動誤差很大，嚴重影響了微工具機的加工質量和效率。本項目提出靜、動態誤差預估與綜合誤差在位補償控制技術以及新型的氣動微渦輪驅動、多孔質氣體靜壓軸承支承的微主軸結構，旨在突破微主軸超高轉速下刀具亞微米跳動的技術瓶頸，有效解決微主軸超高轉速時加工質量低的問題。深入研究了微主軸—刀具系統各零部件的剛度特性，揭示了刀尖熱誤差以及刀尖跳動誤差隨加工時間、刀具懸長、主軸轉速的變化規律，建立了微主軸轉子—夾頭—刀具系統的剛度鏈模型和刀尖綜合誤差補償模型；深入研究了衝擊式氣動微渦輪、多孔質氣體靜壓軸承等關鍵部件的設計理論，重點得出了微主軸切削受載時的靜態誤差和動力學回響特性的理論模型，建立了新型微主軸的設計理論和方法；研製了超高速精密微主軸樣機2台，其外部結構尺寸Ø28mm×長49mm，最高轉速達300000r/min；套用上述成果構建了微細機械加工試驗台，微細磨削試驗結果表明磨頭尖端的徑向誤差由原來的5.6µm減小到0.7µm，驗證了本項目技術成果的可行性和有效性。本項目所開發的微主軸結構簡單，在現有一般加工條件下就可實現較大技術水平突破，降低了製造難度及成本，有利於微主軸的市場化開發及套用。因此本項目研究成果為我國微主軸、微工具機和微細切削磨削加工技術的研究提供了很好的技術支撐。