基於多孔含油材料的數控工具機滑動導軌動態特性研究

《基於多孔含油材料的數控工具機滑動導軌動態特性研究》是依託北京工業大學，由馬建峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於多孔含油材料的數控工具機滑動導軌動態特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：馬建峰
• 依託單位：北京工業大學

項目摘要

高速數控工具機的高加速度、高精度特點要求工具機系統的動剛度高。提高工具機系統各個部分的動剛度成為高速工具機結構設計的重要主題。結合面對工具機動態性能的影響非常大，是決定工具機系統總柔度和總阻尼的主要因素。多孔含油材料潤滑充分時，材料強度、硬度高，摩擦性能好。本課題以提高工具機滑動導軌結合面的動態性能為目標，研究多孔含油材料結合面流體潤滑機理，研究基於多孔含油材料結合面，獲得高剛度、大阻尼動態特性滑動導軌的措施，建立考慮多孔含油阻尼材料的力學性能和油液在具有表面粗糙度縫隙中流動特性的結合面剛度和阻尼分析模型。用實驗的手段驗證多孔含油材料相對於常規材料在結合面動態性能方面的優勢，並將研究結果套用到滑動導軌設計中。本課題將進一步完善數控工具機滑動結合面設計的理論體系，提出多孔含油材料在工具機結合面方面的優勢所在，具有科學意義，研究成果在提高工具機動態特性，從而獲得高性能高速工具機結構的輕量化設計中具有重要的套用前景。

結題摘要

工具機滑動結合面作為整個剛度鏈中的最薄弱環節之一，致使導軌的力學特性對工具機整機的動態性能產生直接的影響。在多孔介質已成功套用於自潤滑軸承的啟發下，本課題基於結合面方面的研究基礎，創造性地提出採用鐵基多孔含油金屬材料作為結合面材料研製鐵基多孔含油材料滑塊型滑動導軌，並對其一些重要的性能進行了理論和實驗研究。在以高檔數控工具機等基礎裝備和國民經濟相關行業所需重大專用裝備為重點的發展思路的大背景下，採用用新型功能材料來實現高剛度大阻尼的滑動導軌，對提高工具機的加工精度、抑制工具機振動與噪聲、降低工具機故障發生率和提高工具機的工作效率等方面具有重要的意義。通過對粗糙表面的接觸模型、流體在多孔金屬材料內部的流動分析和結合面狹縫間流體特性的總結與研究，採用分形理論和邊界潤滑的平均流動廣義雷諾方程，推導了多孔含油材料結合面法向剛度和阻尼的分析模型。並通過模型對結合面固體接觸剛度、液體接觸剛度、結合面綜合接觸阻尼進行定性仿真分析。結果顯示，鐵基多孔含油材料結合面能夠較大幅度地提高結合面的剛度和阻尼特性。為後續鐵基多孔含油材料滑動導軌的研究及滑動導軌性能測試提供理論基礎和實驗研究手段。開發並完善了基於LabVIEW開發平台的正弦掃頻激勵的頻響函式測量系統，對基於等效單自由度解耦的通用結合面單位面積參數識別方法進行了鐵基多孔含油材料固定結合面動態特性的實驗研究。完成了固定結合面單位面積參數識別的實驗裝置設計和製造，並進行滑動導軌動、靜狀態下的剛度和阻尼參數識別實驗，低速平穩性實驗等關鍵性實驗研究。這方面的研究使得鐵基多孔含油材料滑塊型滑動導軌向實際套用邁進了一步。進行了鐵基多孔含油材料滑塊型滑動導軌的具體套用研究方面工作，給出了該類型導軌套用中的幾種截面形狀以及側向間隙調整措施。並對滑塊型滑動導軌的導向精度進行了建模與仿真分析，提出了滑塊型滑動導軌與整體式滑動導軌相比，在導向精度方面的特點，並給出了滑塊型動導軌滑塊間距的一個確定原則。通過實例分析，表述了鐵基多孔含油材料滑動導軌在提高工具機整機動態性能方面的優勢。整體研究從實際套用出發，開展鐵基多孔含油金屬材料滑塊型滑動導軌的關鍵技術研究。在鐵基多孔含油材料結合面的建模與分析、鐵基多孔含油材料固定與滑動結合面參數識別，鐵基多孔含油材料滑塊型滑動導軌的關鍵性實驗、滑塊型滑動導軌導向精度建模與分析等