大行程气浮式精密位移平台系统设计

作     者：周建飞 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：常素萍

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：工作台 气浮支承 精密位移 固有频率 

摘      要：随着表面轮廓测量领域中的精密制造及精密定位技术的不断发展,对适用于精密测量的高精度工作台的要求也是愈来愈高。传统的滚珠丝杠配合步进或伺服电机结构的运动工作台结构可靠、性价比高,得到了广泛的应用。但在该结构中,滚珠丝杠的制造误差无法消除,致使运动平台存在回程误差,影响最终的测量精度。基于此,本文设计了大行程气浮式精密位移工作台,采用气浮导轨配合直线电机的形式,消除回程误差,提高测量精度,可用于表面轮廓的形貌测量。论文的研究工作如下:1、研究了国内外经典及新型支承结构的精密位移工作台,设计了基于气浮支承的大行程精密位移工作台系统。设计计算了关键部件结构,建立了气浮式精密位移工作台的三维模型,确定了驱动控制整体方案系统。2、介绍气浮支承原理,对比分析了不同节流器的特性,选择了合适的气浮形式。理论推导了气浮支承承载力及刚度求解公式,分析了节流孔径、气压大小、气膜厚度及偏心率等对气浮导轨及滑块的承载力及刚度影响,对气浮支承形式进行了参数设计。3、基于理论分析了气浮式位移工作平台的静动态特性,理论与仿真分析了气浮平台的静态应力情况。建立了工作台的动态模型,进行了仿真模态分析,设计实验测试气浮工作台,得到其实际的固有频率。4、搭建了气浮式工作台测量系统的实验系统装置,设计了系统测试软件,测试了工作台样机的精度,补偿分析测量数据提高了测量精度,对加工球面进行了实际轮廓测量,结果表示该精密位移工作台能够达到精密测量领域的轮廓测量要求。