加工误差对静压气浮主轴稳态性能影响的研究

叶月亮,李瑞瑞,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)

静压气浮主轴因具有无摩擦/极低摩擦、无磨损、精度高、转速快等优点而广泛应用于高速超精密加工设备。作为关键部件,静压气浮主轴的性能直接影响零件加工质量。为此,许多学者致力于静压气浮主轴的性能分析和参数优化方面的研究。GAO等[1]基于有限元计算研究了静压气浮主轴在偏心率和转速改变时气膜内气体压力分布、承载能力、刚度和质量流量等稳态性能。LI等[2]提出对初始条件依赖度低、计算效率高的改进有限差分法,研究了轴承参数对主轴承载能力和刚度的影响。LO等和YANG等[3-4]采用有限差分法分析了节流孔的直径、数量和位置对静压气浮主轴稳态性能的影响。XIAO等[5]采用有限差分法计算了不同长度和直径微型静压气浮主轴的承载能力和刚度。LI和DING[6]通过实验和CFD仿真指出节流孔直径较小时,节流孔长度对气体轴承稳态性能的影响不可忽略。DU等[7]发现最小气膜厚度附近设置一个或两个轴向均压槽可显著提升主轴承载能力和刚度。

在静压气浮主轴加工过程中,受机床振动和刀具磨损等因素影响,轴套或转子表面加工误差不可避免。相对于微米级的气膜厚度,加工误差对主轴性能的影响不可忽视。CUI等[8-9]基于仿真和实验指出周向加工误差增大静压气浮主轴流场内高压区域的不均匀性,轴向加工误差改变高压区域的面积和位置。……