四油垫静压导轨运动精度评价方法及系统技术方案

本发明专利技术一种四油垫静压导轨运动精度评价方法，能够对油垫中心距较大的四油垫静压导轨运动直线度进行计算；首先简化油垫中心距较大的静压导轨模型，并将静压导轨的导轨面误差进行数学表达，然后计算静压导轨面轮廓误差的油膜厚度，再建立考虑油垫中心距的油膜力计算模型和静压导轨静力学平衡方程，联立方程得到油垫中心距与导轨面轮廓误差波长的比值与运动直线度的对应关系，求解得到考虑油垫中心距的四油垫静压导轨运动直线度，从而更加准确的对四油垫静压导轨的运动直线度进行计算，能够判定滑块运动直线度误差，对四油垫静压导轨运动精度进行评价，从而为四油垫静压导轨精度设计提供了理论指导。

【技术实现步骤摘要】
四油垫静压导轨运动精度评价方法及系统
本专利技术涉及静压导轨误差领域，具体为四油垫静压导轨运动精度评价方法及系统。
技术介绍
静压导轨作为精密、超精密和三坐标测量机的重要功能部件，其导轨滑块的运动直线度对加工和测量零件的精度具有重要影响。因此，有必要研究静压导轨系统结构参数对滑块运动直线度的影响规律，为提高运动直线度提供理论依据。当静压导轨油垫结构尺寸较小，可将其分别简化为一刚性小轮，油垫中心距与导轨面轮廓误差波长的比值为0.5,1.5,2.5……，运动直线度误差为零。然而，当静压导轨油垫长度较大，则不能将其简化为一刚性小轮，否则会造成其相关结构参数的错误评价，无法提高四油垫静压导轨运动精度。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种四油垫静压导轨运动精度评价方法及系统，设计合理，方法简单，能够得到油垫中心距较大时四油垫静压导轨运动直线度，大幅度提高静压导轨运动直线度精度。本专利技术是通过以下技术方案来实现：四油垫静压导轨运动精度评价方法，包括，根据预设条件，将油垫中心距较大的四油垫静压导轨模型进行简化；根据简化后的四油垫静压导轨模型，计算得到静压导轨面轮廓误差方程；根据理论油膜厚度和静压导轨面轮廓误差，得到封油面处的油膜厚度方程；将四油垫静压导轨等效为准静态模型，油膜等效为线性弹簧单元，根据封油面处的油膜厚度，得到当导轨滑块运动时油垫的油膜支承力方程；根据各油垫的油膜支承力合力与外载荷平衡，保持滑块平衡状态，得到静压导轨静力学平衡方程；联立静压导轨面轮廓误差方程、油膜厚度方程、油膜支承力方程和静压导轨静力学平衡方程，求解得到静压导轨运动直线度，对四油垫静压导轨运动精度进行评价。优选的，所述预设条件，包括假设导轨面轮廓误差在油垫宽度方向不改变，以及忽略导轨面沿滑块宽度x方向的轮廓误差变化。优选的，所述根据简化后的四油垫静压导轨模型，计算得到静压导轨面轮廓误差，通过傅里叶级数拟合，表示如下，式中：E为误差幅值，λ为轮廓误差波长，为相位角，y为导轨面轮廓长度。优选的，所述根据理论油膜厚度和静压导轨面轮廓误差，得到封油面处的油膜厚度，具体如下：h(y)＝h0-fz(y)式中：h0为理论油膜厚度，fz(y)为静压导轨面轮廓误差。优选的，所述当导轨滑块运动时油垫的油膜支承力，具体表示如下，式中：ej(y)为油垫j中心处的线位移运动误差；ez(y)为滑块线位移运动误差；θx为俯仰角误差；θy为滚转角误差；fej(y)为滑块运动过程中作用在油垫j上的油膜支承力变化量，由封油面处的油膜厚度确定；fbj(y)为油垫j上的油膜支承力；aj、bj、cj为方向系数，j＝1-4；fjy(y)为滑块运动时的油垫的原支承力；m为Y方向油垫中心距；n为X方向油垫中心距。优选的，所述根据各油垫的油膜支承力合力与外载荷平衡，保持滑块平衡状态，得到静压导轨静力学平衡方程，具体如下：式中，fj(y)为滑块运动时的油垫的原支承力；m为Y方向油垫中心距；n为X方向油垫中心距；G为滑块自重；W为加工位置处的载荷；Mx为X向的合力矩；My为Y向的合力矩；aj，bj为方向系数，j＝1-4；m1为加工位置和滑块中心沿Y方向的距离；n1为加工位置和滑块中心沿X方向的距离。优选的，所述联立方程，求解得到静压导轨运动直线度，具体如下：ez＝B1·A1·(fe1+fe2+fe3+fe4-G-W)式中，A为滑块结构参数矩阵；B为油膜刚度系数矩阵；A1为第一列向量，B1为第一行向量；ez为直线度；fej为j油垫上的油膜支承力变化量，j＝1-4；G：滑块自重；W：加工位置处的载荷。四油垫静压导轨运动精度评价系统，包括，模型简化模块，用于根据预设条件，将油垫中心距较大的四油垫静压导轨模型进行简化；导轨面轮廓误差模块，用于根据简化后的四油垫静压导轨模型，计算得到静压导轨面轮廓误差方程；油膜厚度模块，用于根据理论油膜厚度和静压导轨面轮廓误差，得到封油面处的油膜厚度方程；油膜支承力模块，用于将四油垫静压导轨等效为准静态模型，油膜等效为线性弹簧单元，根据封油面处的油膜厚度，得到当导轨滑块运动时油垫的油膜支承力方程；静力学平衡方程模块，用于根据各油垫的油膜支承力合力与外载荷平衡，保持滑块平衡状态，得到静压导轨静力学平衡方程；直线度模块，用于联立静压导轨面轮廓误差方程、油膜厚度方程、油膜支承力方程和静压导轨静力学平衡方程，求解得到静压导轨运动直线度，对四油垫静压导轨运动精度进行评价。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术一种四油垫静压导轨运动精度评价方法，能够对油垫中心距较大的四油垫静压导轨运动直线度进行计算；首先简化油垫中心距较大的静压导轨模型，并将静压导轨的导轨面误差进行数学表达，然后计算静压导轨面轮廓误差的油膜厚度，再建立考虑油垫中心距的油膜力计算模型和静压导轨静力学平衡方程，联立方程得到油垫中心距与导轨面轮廓误差波长的比值与运动直线度的对应关系，求解得到考虑油垫中心距的四油垫静压导轨运动直线度，从而更加准确的对四油垫静压导轨的运动直线度进行计算，能够判定滑块运动直线度误差，对四油垫静压导轨运动精度进行评价，从而为四油垫静压导轨精度设计提供了理论指导。附图说明图1本专利技术实例中所述油垫中心距较大的静压导轨模型简化示意图；图2本专利技术实例中所述导轨轮廓误差及油垫结构示意图；图3本专利技术实例中所述静压导轨等效力学模型示意图；图中：油垫1，第一油垫11，第二油垫12，滑块2，宽度方向油膜21，长度方向油膜22，导轨3。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。本专利技术考虑油垫中心距的四油垫静压导轨运动精度评价方法，包括：根据预设条件，将油垫中心距较大的四油垫静压导轨模型进行简化；根据简化后的四油垫静压导轨模型，计算得到静压导轨面轮廓误差方程；根据理论油膜厚度和静压导轨面轮廓误差，得到封油面处的油膜厚度方程；将四油垫静压导轨等效为准静态模型，油膜等效为线性弹簧单元，根据封油面处的油膜厚度，得到当导轨滑块运动时油垫的油膜支承力方程；根据各油垫的油膜支承力合力与外载荷平衡，保持滑块平衡状态，得到静压导轨静力学平衡方程；联立静压导轨面轮廓误差方程、油膜厚度方程、油膜支承力方程和静压导轨静力学平衡方程，求解得到静压导轨运动直线度，对四油垫静压导轨运动精度进行评价。具体的，包括以下步骤：S1、针对油垫尺寸较大的静压导轨，将导轨滑块的模型进行简化，将三维静压导轨简化为二维的导轨、滑块和油垫，方便分析，并为对结构方面进行简化，所以不影响分析的精度。如图1所示；第一油垫11和第二油垫12；m为第一油垫11和第二油垫12的中心距；ez(y)为滑块13线位移运动误差；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.四油垫静压导轨运动精度评价方法，其特征在于，包括，/n根据预设条件，将油垫中心距较大的四油垫静压导轨模型进行简化；/n根据简化后的四油垫静压导轨模型，计算得到静压导轨面轮廓误差方程；/n根据理论油膜厚度和静压导轨面轮廓误差，得到封油面处的油膜厚度方程；/n将四油垫静压导轨等效为准静态模型，油膜等效为线性弹簧单元，根据封油面处的油膜厚度，得到当导轨滑块运动时油垫的油膜支承力方程；/n根据各油垫的油膜支承力合力与外载荷平衡，保持滑块平衡状态，得到静压导轨静力学平衡方程；/n联立静压导轨面轮廓误差方程、油膜厚度方程、油膜支承力方程和静压导轨静力学平衡方程，求解得到静压导轨运动直线度，对四油垫静压导轨运动精度进行评价。/n

【技术特征摘要】
1.四油垫静压导轨运动精度评价方法，其特征在于，包括，
根据预设条件，将油垫中心距较大的四油垫静压导轨模型进行简化；
根据简化后的四油垫静压导轨模型，计算得到静压导轨面轮廓误差方程；
根据理论油膜厚度和静压导轨面轮廓误差，得到封油面处的油膜厚度方程；
将四油垫静压导轨等效为准静态模型，油膜等效为线性弹簧单元，根据封油面处的油膜厚度，得到当导轨滑块运动时油垫的油膜支承力方程；
根据各油垫的油膜支承力合力与外载荷平衡，保持滑块平衡状态，得到静压导轨静力学平衡方程；
联立静压导轨面轮廓误差方程、油膜厚度方程、油膜支承力方程和静压导轨静力学平衡方程，求解得到静压导轨运动直线度，对四油垫静压导轨运动精度进行评价。


2.根据权利要求1所述的四油垫静压导轨运动精度评价方法，其特征在于，所述预设条件，包括假设导轨面轮廓误差在油垫宽度方向不改变，以及忽略导轨面沿滑块宽度x方向的轮廓误差变化。


3.根据权利1所述的四油垫静压导轨运动精度评价方法，其特征在于，所述根据简化后的四油垫静压导轨模型，计算得到静压导轨面轮廓误差，通过傅里叶级数拟合，表示如下，



式中：E为误差幅值，λ为轮廓误差波长，为相位角，y为导轨面轮廓长度。


4.根据权利1所述的四油垫静压导轨运动精度评价方法，其特征在于，所述根据理论油膜厚度和静压导轨面轮廓误差，得到封油面处的油膜厚度，具体如下：
h(y)＝h0-fz(y)
式中：h0为理论油膜厚度，fz(y)为静压导轨面轮廓误差。


5.根据权利1所述的四油垫静压导轨运动精度评价方法，其特征在于，所述当导轨滑块运动时油垫的油膜支承力，具体表示如下，



式中：ej(y)为油垫j中心处的线位移运动误差；ez(y)为滑块线位移运动误差；θx为俯仰角误差；θy为滚转角误差；fej(y)为滑块运动过程中作用在油垫j上的油膜支承力变化量，由封油面处的油膜厚度确定；fbj(y)为油垫j上的油膜支承力；aj、b...

【专利技术属性】
技术研发人员：查俊，李超，
申请(专利权)人：西安交通大学苏州研究院，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32