高速超精密气浮电主轴性能测试实验装置研究

基于电磁加载稳定且可调可控等优点,提出了电磁非接触式加载高速超精密气浮电主轴性能检测方案。通过仿真和实验确定电磁力与励磁电流、加载距离、加载盘直径、主轴转速之间的关系,优化了电磁铁结构和参数,得到了满足实验要求的电磁铁。结合高精度三维力传感器、激光位移传感器、加速度传感器搭建了主轴性能检测实验平台并开展了相关实验。结果表明:动态电磁力与励磁电流成正比,与主轴转速和加载距离成反比,实验与仿真结果一致,验证了方案的可行性。

基于PID的高速气浮电主轴转子动态控制算法

为了提高高速气浮电主轴转子动态控制能力,降低喘振,提出基于PID的高速气浮电主轴转子动态控制算法。采用姿态传感器感知的方法,实现对高速气浮电主轴转子物理参数采集,以气动载荷、离心力载荷以及叶片转动的气动力分量等为约束参数;利用姿态误差补偿和喘振自适应控制的方法,进行高速气浮电主轴转子的输出稳定性参数调节;通过PID变结构控制的方法,建立气浮电主轴转子的动力传动系统扭振补偿控制模型,在动力传动系统减振过程中进行姿态及位姿参数的稳定性调节和实时补偿控制,提高高速气浮电主轴转子动态参数调节能力和可靠性控制能力。仿真结果表明,采用该方法进行高速气浮电主轴转子动态控制,输出稳定性较高,振动抑制能力较强,提高了传动系统的动态输出稳定性。

大口径光学镜面超精密加工机床的研制

设计制作了最大加工直径为φ880 mm的光学镜面超精密加工机床.该机床采用大理石床身、4轴数控联动、全气浮支承和零传动结构,以实现光学球、非球及自由形面的超精密切削.介绍了机床整体结构特点和性能参数,描述了气浮电主轴、气浮直线导轨、直驱回转工作台等关键技术及部件.该机床主轴回转精度0.05μm,直线伺服轴分辨力1.25 nm,回转工作台角位移分辨力0.009.″在硬铝和无氧铜材料上分别加工出了面形精度0.5μm、表面粗糙度5 nm的φ400 mm球面和面形精度0.5μm/φ100 mm、表面粗糙度8 nm的非球形面.