CN102902865B - 一种液体静压主轴的逆向制作方法 - Google Patents

一种液体静压主轴的逆向制作方法 Download PDF

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Abstract

一种液体静压主轴的逆向制作方法，涉及液体静压主轴领域。它是为了解决现有的液体静压主轴制作困难，以及无法在制作前对主轴的动态性能进行预测的问题。它首先根据加工需求提出设计液体静压主轴的设计目标，然后根据机械结构设计准则确定出主轴的结构形式，再根据所确定的结构形式建立主轴的结构参数，计算相应参数变量所对应的主轴的第一阶固有频率w0，并将w0与设计目标ωn相比较，若差值非正，则将ω0所对应的参数输出，并由液体静压原理迭代出合适的液体静压轴承结构参数完成液体静压轴承的逆向制作；反之，则说明采用该种结构形式的主轴无法满足设计要求，需要改变主轴的结构形式，然后再次进行计算。本发明适用于液体静压主轴的动力学制作。

Description

一种液体静压主轴的逆向制作方法
技术领域
本发明涉及液体静压主轴领域，一种液体静压主轴的制作方法。
背景技术
随着科学技术的发展，对产品零件的制造精度的要求越来越高，迫切需要超精密加工装备与工艺技术。主轴作为超精密加工装备的核心部件是超精密加工技术领域的核心与关键。液体动静压主轴以其高回转精度、高动态刚度、高阻尼减振性和长寿命等性能优势，在高速精密机床领域获得广泛应用。随着对加工效率的关注，主轴的转速不断提高，主轴的动态性能对加工的影响不容忽略。因此，如何能设计制造出满足加工需求的也体静压主轴已成为超精密加工装备的核心与关键。目前液体静压主轴的设计过程多是基于静力学设计，在设计之初并未考虑动力学的影响，这就容易导致所设计的液体静压主轴满足静力学要求而不满足动力学要求，造成主轴设计的失败。此外，以往的设计过程多是由液体静压主轴的结构设计出发，推得主轴的静态性能，在由静态性能来对动态性能进行预测，如果动态性能无法满足设计目标就需要不断的调整设计参数，使设计周期长，设计过程复杂。
发明内容
本发明是为了解决现有的液体静压主轴制作困难，以及无法在制作前对主轴的动态性能进行预测的问题，从而提供一种液体静压主轴的逆向制作方法。
一种液体静压主轴的逆向制作方法，它由以下步骤实现：
步骤一、预设液体静压主轴的动力学设计目标，所述液体静压主轴的动力学设计目标的一阶固有频率为ωn；
步骤二、根据机械结构设计准则选取一种液体静压主轴的结构形式，并执行步骤三；
步骤三、根据选取的液体静压主轴的结构形式建立液体静压主轴的参数化模型；
步骤四、根据步骤三中建立的液体静压主轴的参数化模型计算得到液体静压主轴的第一阶固有频率ω0；
步骤五、判断步骤四得到的液体静压主轴的第一阶固有频率ω0与步骤一中所述的动力学设计目标的一阶固有频率为ωn之间的差值是否大于预设值ε，如果判断结果为是，则执行步骤六，如果判断结果为否，则执行步骤七；
步骤六、重新选取一种液体静压主轴的结构形式，并返回执行步骤三；
步骤七、将步骤四中液体静压主轴的第一阶固有频率ω0所对应的参数输出；
步骤八、将步骤七所输出的参数，根据液体静压原理及插值迭代算法，得到液体静压轴承的结构参数，用户根据该结构参数，实现液体静压主轴的逆向制作。
步骤三中所述根据选取的液体静压主轴的结构形式建立液体静压主轴的参数化模型是采用商用有限元软件ANSYS实现的。
步骤四中所述根据步骤三中建立的液体静压主轴的参数化模型计算得到液体静压主轴的第一阶固有频率ω0是采用商用有限元软件ANSYS实现的。
步骤八中所述插值迭代算法为二次插值法。
本发明可以给出满足主轴动力学制作要求的结构参数，能够实现液体静压主轴的逆向制作，实现在制作前对主轴的动态性能进行预测；本发明综合运用机械动力学、液体静压原理及优化制作方法给出满足制作要求的液体静压主轴的结构参数；本发明的方法实现了液体静压主轴的逆向制作，该制作方法效率高、操作简单、结果可靠。
附图说明
图1是本发明的一种液体静压主轴逆向制作方法的流程示意图，图2是本发明选取的一种主轴结构形式的示意图及结构参数示意图，图3是液体静压主轴的有限元模型示意图；图4是轴向液体静压轴承的结构参数示意图，图5是径向液体静压轴承的结构参数示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至5说明本具体实施方式，一种液体静压主轴的逆向制作方法，它由以下步骤实现：
步骤一、预设液体静压主轴的动力学设计目标，所述液体静压主轴的动力学设计目标的一阶固有频率为ωn；
步骤二、根据机械结构设计准则选取一种液体静压主轴的结构形式，并执行步骤三；
步骤三、根据选取的液体静压主轴的结构形式建立液体静压主轴的参数化模型；
步骤四、根据步骤三中建立的液体静压主轴的参数化模型计算得到液体静压主轴的第一阶固有频率ω0；
步骤五、判断步骤四得到的液体静压主轴的第一阶固有频率ω0与步骤一中所述的动力学设计目标的一阶固有频率为ωn之间的差值是否大于预设值ε，如果判断结果为是，则执行步骤六，如果判断结果为否，则执行步骤七；
步骤六、重新选取一种液体静压主轴的结构形式，并返回执行步骤三；
步骤七、将步骤四中液体静压主轴的第一阶固有频率ω0所对应的参数x1、x2、x3……xn（其中包含液体静压轴承的刚度）参数输出；
步骤八、将步骤七所输出的参数，根据液体静压原理及插值迭代算法，得到液体静压轴承的结构参数y1、y2、y3……yn，用户根据该结构参数，实现液体静压主轴的逆向制作。
本发明可以给出满足主轴动力学制作要求的结构参数，能够实现液体静压主轴的逆向制作，实现在制作前对主轴的动态性能进行预测；本发明综合运用机械动力学、液体静压原理及优化制作方法给出满足制作要求的液体静压主轴的结构参数；本发明的方法实现了液体静压主轴的逆向制作，该制作方法效率高、操作简单、结果可靠。
具体实施方式二、本具体实施方式是具体实施方式一所述的一种液体静压主轴的逆向制作方法的进一步限定，步骤三中所述根据选取的液体静压主轴的结构形式建立液体静压主轴的参数化模型是采用商用有限元软件ANSYS实现的。
具体实施方式三、本具体实施方式是具体实施方式一所述的一种液体静压主轴的逆向制作方法的进一步限定，步骤四中所述根据步骤三中建立的液体静压主轴的参数化模型计算得到液体静压主轴的第一阶固有频率ω0是采用商用有限元软件ANSYS实现的。
具体实施方式四、本具体实施方式是具体实施方式一所述的一种液体静压主轴的逆向制作方法的进一步限定，步骤八中所述插值迭代算法为二次插值法。
具体实施方式五、本具体实施方式是具体实施方式一所述的一种液体静压主轴的逆向制作方法的进一步限定，步骤一中预设液体静压主轴的动力学设计目标是根据加工需求确定的。

Claims (4)

1.一种液体静压主轴的逆向制作方法，其特征是：它由以下步骤实现：
步骤一、预设液体静压主轴的动力学设计目标，所述液体静压主轴的动力学设计目标的一阶固有频率为ωn；
步骤二、根据机械结构设计准则选取一种液体静压主轴的结构形式，并执行步骤三；
步骤三、根据选取的液体静压主轴的结构形式建立液体静压主轴的参数化模型；
步骤四、根据步骤三中建立的液体静压主轴的参数化模型计算得到液体静压主轴的第一阶固有频率ω0；
步骤五、判断步骤四得到的液体静压主轴的第一阶固有频率ω0与步骤一中所述的动力学设计目标的一阶固有频率为ωn之间的差值是否大于预设值ε，如果判断结果为是，则执行步骤六，如果判断结果为否，则执行步骤七；
步骤六、重新选取一种液体静压主轴的结构形式，并返回执行步骤三；
步骤七、将步骤四中液体静压主轴的第一阶固有频率ω0所对应的参数输出；
步骤八、将步骤七所输出的参数，根据液体静压原理及插值迭代算法，得到液体静压轴承的结构参数，用户根据该结构参数，实现液体静压主轴的逆向制作；
步骤一中预设液体静压主轴的动力学设计目标是根据加工需求确定的。
2.根据权利要求1所述的一种液体静压主轴的逆向制作方法，其特征在于步骤三中所述根据选取的液体静压主轴的结构形式建立液体静压主轴的参数化模型是采用商用有限元软件ANSYS实现的。
3.根据权利要求1所述的一种液体静压主轴的逆向制作方法，其特征在于步骤四中所述根据步骤三中建立的液体静压主轴的参数化模型计算得到液体静压主轴的第一阶固有频率ω0是采用商用有限元软件ANSYS实现的。
4.根据权利要求1所述的一种液体静压主轴的逆向制作方法，其特征在于步骤八中所述插值迭代算法为二次插值法。
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