加工误差和形位误差对静压气浮主轴性能的影响

李瑞瑞,叶月亮,王鹏峰,李运堂

(1.中国计量大学 机电工程学院,浙江 杭州 310018;2.中国计量大学 现代科技学院,浙江 杭州 310018)

静压气浮主轴采用可压缩气体作为润滑介质实现非接触旋转运动,具有接近零摩擦、精度高、转速快、无磨损、寿命长等突出优点,广泛用于高速/超高速机床、大型镜面飞切、微电子制造等诸多领域。在静压气浮主轴制造过程中,加工刀具振动和装配精度等因素将导致转子和轴套表面存在加工误差,以及转子和轴套轴线交错产生形位误差,从而改变气膜厚度,进而影响静压气浮主轴性能。因此,研究加工误差和形位误差对静压气浮主轴性能的影响对于改善静压气浮主轴性能,设计新型静压气浮主轴结构等方面具有重要意义。近年来,许多学者研究了加工误差和形位误差对气浮主轴性能的影响[1-2]。

CUI等[3-4]利用计算流体动力学研究加工误差(轴套内波纹度、锥度、凹度和凸度)对气浮主轴静态性能的影响,采用动态网格技术定量分析加工误差与主轴运行精度之间的关系。RAJPUT等[5]认为形位误差显著影响静压气浮主轴的平均气膜厚度,导致主轴静态性能降低。YU等[6]认为部分转子表面加工误差可提升承载能力。李冰等[7]建立了轴套存在加工误差的动力学模型,研究结果表明周向加工误差对系统稳定性的影响更明显,而轴向加工误差对承载能力的提升作用更显著。WANG等[8-9]利用有限差分和线性小扰动法分析了轴向波纹、形位误差与静压气浮主轴动态性能之间的关系,结果表明动态刚度系数和动态阻尼系数随波纹幅值增大而增大,形位误差显著影响动态刚度系数,但对动态阻尼系数的影响可忽略。……