超高速精密微主轴刀具动态误差分析及其控制方法研究
批准号:
51505140
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
22.0 万元
负责人:
李伟
依托单位:
学科分类:
加工制造
结题年份:
2018
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨军、肖航、罗源嫱、万敏、李通、马忠凯
中文摘要
采用微机床的微细切削磨削加工技术在复杂形状三维微小零件加工方面具有无可比拟的优势。但是目前研制的微主轴在超高速回转时刀具的跳动误差很大,严重影响了微机床的加工质量和效率。本项目提出结合静动态误差预估方法与刀具跳动误差在位补偿技术的超高速精密微主轴刀具动态误差控制方法及理论,突破微主轴超高转速下刀具亚微米跳动的技术瓶颈,有效解决微主轴超高转速时加工质量低的问题。研究微主轴系统刚度传递规律及动力学特性,建立系统刚度链模型及切削参数与刀尖位移量之间的关系模型,为静态与动态下误差的预估提供理论依据;研究超高转速下刀具跳动误差的各种影响因素,揭示刀具跳动误差随转速、载荷、时间的变化规律,为在位补偿其跳动误差提供技术支持;在上述研究基础上,最终建立超高速精密微主轴刀具动态误差的控制方法及理论,为我国微细切削加工装备及工艺研究提供理论依据并打下坚实的基础。本研究具有很强的理论意义和实用价值。
英文摘要
Micro-cutting and micro-grinding technologies with micro-machine tools have incomparable advantage in the production of geometrically complex 3D miniature components in a wide range of engineering materials. But the tool motion error of micro-spindles currently developed is quite large at ultra-high speeds, which seriously affects machining quality and machining efficiency of micro-machine tools. This project proposes the control methods including advance error evaluation with the combination of static and dynamic states and on-line compensation, and corresponding theory for dynamic error of the tool of ultra-high speed and precision micro-spindle, in order to break the technological bottleneck of submicron error motion of the micro-spindle at ultra-high speeds and effectively resolve the problem of its poor machining quality at ultra-high speeds. It will study stiffness transfer rule and dynamic characteristics of the micro-spindle system and establish stiffness chain model and relation model between cutting parameters and tool tip displacement, which can provide a basis for error evaluation of the micro-spindle at static and dynamic states. It will study various factors that influence the error motion of the tool at ultra-high speeds and reveal the variation laws of motion error with rotational speed, load and time, which can provide technical support for on-line tool dynamic error compensation. Based on above study, it will establish the control methods and corresponding theory for dynamic error of the tool of ultra-high speed and precision micro-spindle, so as to provide theoretical basis and lay solid foundation for the research of micro-cutting equipment and process of our country. This project has strong theoretic significance and practical value.
采用微机床的微细切削磨削加工技术在复杂形状三维微小零件加工方面具有无可比拟的优势。但是目前研制的微主轴在超高速回转时刀具的跳动误差很大,严重影响了微机床的加工质量和效率。本项目提出静、动态误差预估与综合误差在位补偿控制技术以及新型的气动微涡轮驱动、多孔质气体静压轴承支承的微主轴结构,旨在突破微主轴超高转速下刀具亚微米跳动的技术瓶颈,有效解决微主轴超高转速时加工质量低的问题。深入研究了微主轴—刀具系统各零部件的刚度特性,揭示了刀尖热误差以及刀尖跳动误差随加工时间、刀具悬长、主轴转速的变化规律,建立了微主轴转子—夹头—刀具系统的刚度链模型和刀尖综合误差补偿模型;深入研究了冲击式气动微涡轮、多孔质气体静压轴承等关键部件的设计理论,重点得出了微主轴切削受载时的静态误差和动力学响应特性的理论模型,建立了新型微主轴的设计理论和方法;研制了超高速精密微主轴样机2台,其外部结构尺寸Ø28mm×长49mm,最高转速达300000r/min;应用上述成果构建了微细机械加工试验台,微细磨削试验结果表明磨头尖端的径向误差由原来的5.6µm减小到0.7µm,验证了本项目技术成果的可行性和有效性。本项目所开发的微主轴结构简单,在现有一般加工条件下就可实现较大技术水平突破,降低了制造难度及成本,有利于微主轴的市场化开发及应用。因此本项目研究成果为我国微主轴、微机床和微细切削磨削加工技术的研究提供了很好的技术支撑。
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Effects of Annealing and Training on NiTi Alloy Ring for Clamping Device
退火和调训对夹紧装置用镍钛合金环的影响
DOI:
10.1080/10426914.2015.1127950
发表时间:
2016
期刊:
Materials and Manufacturing Processes
影响因子:
4.8
作者:
[Li W., Zhou Z. X., Xiao H., Huang X. M., Luo Y. Q.]
通讯作者:
Luo Y. Q.
Error analysis of high-speed precision micro-spindle equipped with micro-tool in mechanical micro-grinding
配备微型刀具的高速精密微主轴机械微磨削误差分析
DOI:
10.1007/s00170-018-1938-5
发表时间:
2018
期刊:
International Journal of Advanced Manufacturing Technology
影响因子:
3.4
作者:
[Li Wei, Li Zhipeng, Ren Yinghui, Huang Xiangming]
通讯作者:
Huang Xiangming
DOI:
--
发表时间:
--
期刊:
The International Journal of Advanced Manufacturing Technology
影响因子:
--
作者:
[Wei Li, Mingjia Liu, Yinghui Ren, Qidi Chen]
通讯作者:
Qidi Chen
DOI:
10.16339/j.cnki.hdxbzkb.2018.08.008
发表时间:
2018
期刊:
湖南大学学报(自然科学版)
影响因子:
--
作者:
[杨军, 李志鹏, 李伟, 任莹晖, 周志雄]
通讯作者:
周志雄
Performance analysis of aerostatic journal micro-bearing and its application to high- speed precision micro-spindles
空气静压微型轴颈轴承性能分析及其在高速精密微主轴上的应用
DOI:
10.1016/j.triboint.2018.01.002
发表时间:
2018
期刊:
Tribology International
影响因子:
6.2
作者:
[Hang Xiao, Wei Li, Zhixiong Zhou, Xiangming Huang, Yinghui Ren]
通讯作者:
Yinghui Ren
共 9 条
新一代氟化钙强光元件近零应力原子级高效抛光及无损检测技术基础研究
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2026
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负责人:李伟
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依托单位:
氟化钙强光元件延性域超精密磨削机理及辐照损伤机制研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:54万元
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批准年份:2022
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负责人:李伟
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依托单位:
新一代氟化钙强光元件磁控等离子体高效协同超精密磨削关键技术研究
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批准号:2022JJ10010
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2022
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负责人:李伟
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依托单位:
硬脆材料微小自由曲面自优化微细磨削关键技术研究
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批准号:2020JJ4193
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2020
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负责人:李伟
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依托单位:
微小零件化学机械—机械化学协同微细磨削及微磨具关键技术
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批准号:51875192
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项目类别:面上项目
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资助金额:62.0万元
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批准年份:2018
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负责人:李伟
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依托单位:
国内基金
海外基金