一種針對(duì)對(duì)置油墊的靜壓滑枕切削力抵抗剛度優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是一種針對(duì)對(duì)置油墊的靜壓滑枕切削力抵抗剛度優(yōu)化方法，屬于支撐與潤(rùn) 滑設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 靜壓滑枕由于其支撐剛度大、磨損小等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于重型機(jī)床中。在加工時(shí)的 切削力影響下，靜壓滑枕的支撐性能直接影響著機(jī)床刀尖點(diǎn)的加工精度，所以靜壓滑枕的 剛度是分析機(jī)床動(dòng)、靜特性的關(guān)鍵參數(shù)。外置的油栗向油兜內(nèi)提供壓力油使兩支撐表面分 離，油液在流過(guò)封油邊時(shí)產(chǎn)生的靜壓效應(yīng)是維持油兜內(nèi)壓力的關(guān)鍵。靜壓油墊是一種典型 的非線性支撐，以何種形式表達(dá)油墊的支撐剛度是靜壓系統(tǒng)研究的一個(gè)難題。并且靜壓滑 枕通常采用全包的靜壓支撐，油墊與油墊相互提供預(yù)緊力，這使得靜壓滑枕的支撐成為了 超靜定問(wèn)題。在加工時(shí)，靜壓滑枕支撐的承載性能加工精度影響很大，所以其剛度是評(píng)價(jià)機(jī) 床性能的標(biāo)準(zhǔn)之一。
[0003] 在求解靜壓導(dǎo)軌中封油邊內(nèi)壓強(qiáng)分布的問(wèn)題時(shí)，雷諾方程是主要的分析方法。雷 諾方程的求解便是分析靜壓導(dǎo)軌承載性能的基礎(chǔ)，但由于其方程本身是二階偏微分方程， 解析解的求取比較困難，所以目前再靜壓支撐系統(tǒng)的分析方法中以數(shù)值方法為主。有限差 分方法是一種很實(shí)用的數(shù)值方法，微分方程可以通過(guò)有限差分方法近似轉(zhuǎn)變?yōu)榇鷶?shù)方程， 再通過(guò)代數(shù)方程的數(shù)值求解方法進(jìn)行求解，最終得到封油邊內(nèi)壓強(qiáng)分布的近似解。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] -種針對(duì)對(duì)置油墊的靜壓滑枕切削力抵抗剛度優(yōu)化方法，本發(fā)明根據(jù)重型機(jī)床的 靜壓滑枕模型，針對(duì)對(duì)置滑枕支撐的特點(diǎn)應(yīng)用雷諾方程，根據(jù)對(duì)置靜壓油墊支撐的滑枕特 點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化，建立了一種求解非線性支撐剛度的模型，并根據(jù)不同參數(shù)取值下的計(jì)算 結(jié)果對(duì)滑枕的支撐剛度進(jìn)行優(yōu)化。首先應(yīng)用有限差分方法求解雷諾方程得出單個(gè)滑枕支撐 油墊的承載能力，再通過(guò)迭代法求解對(duì)置油墊的非線性承載力與剛度，之后應(yīng)用二分法求 取滑枕的偏移，得出滑枕在切削力作用下的變形。通過(guò)不同參數(shù)下滑枕變形程度的大小， 分析其支撐剛度的影響因素，最終通過(guò)重新分配支撐油墊供油流量的方式提高了滑枕的剛 度，得出流量分配的優(yōu)化結(jié)果。
[0005] 通過(guò)應(yīng)用有限差分方法將雷諾方程近似離散為有限階的代數(shù)方程組，再通過(guò)高斯 賽德?tīng)柕椒ㄇ蠼饷總€(gè)油墊內(nèi)的壓強(qiáng)分布，并積分得出油墊的承載能力。依據(jù)對(duì)置的油 墊模型分析滑枕變形與偏移對(duì)兩側(cè)油墊承載力的影響，通過(guò)迭代法求解支撐能力關(guān)于油膜 厚度非線性的變化關(guān)系，得出靜壓滑枕支撐剛度的影響因素。通過(guò)嘗試不同種影響因素組 合的計(jì)算結(jié)果分析在同等大小的切削力作用下，滑枕刀尖點(diǎn)的偏移量，尋找使得滑枕支撐 剛度最好的優(yōu)化結(jié)果。最終通過(guò)合理分配不同油墊間供油流量分配的方式提升了靜壓滑枕 的支撐性能。
[0006] 本發(fā)明提供的針對(duì)對(duì)置油墊的靜壓滑枕切削力抵抗剛度優(yōu)化方法包括以下步 CN 105117614 A 說(shuō)明書 2/4 頁(yè) 驟：
[0007] SI.首先對(duì)靜壓導(dǎo)軌中的參數(shù)進(jìn)行變量的無(wú)量綱化：
[0011] 其中：P為壓強(qiáng)；P。為油兜內(nèi)壓強(qiáng)；L為靜壓導(dǎo)軌油墊長(zhǎng)度；B為靜壓導(dǎo)軌油墊寬 度；w為承載能力；Q為流量；ux為導(dǎo)軌移動(dòng)速度；h為油膜厚度；η為油液粘度。P為無(wú)量 綱壓力^為無(wú)量綱長(zhǎng)度茂為無(wú)量綱寬度^為無(wú)量綱厚度；面為無(wú)量綱承載力；巧為y方 向無(wú)量綱抵抗傾覆力矩；泛為無(wú)量綱承流量；為無(wú)量綱導(dǎo)軌移動(dòng)速度；E為無(wú)量綱油膜厚 度。
[0012] S2.再根據(jù)模型對(duì)雷諾方程進(jìn)行簡(jiǎn)化并將簡(jiǎn)化后的雷諾方程通過(guò)有限差分方法離 散；一般情況下，靜壓滑枕的生熱問(wèn)題并不明顯，即支撐液體的粘度變化與密度變化可以忽 略，簡(jiǎn)化后的雷諾方程為：
[0014] 通過(guò)有限差分方法近似離散后的雷諾方程為：
[0018] 其中：&帥為X方向離散步長(zhǎng);JWp為y方向離散步長(zhǎng)；i為X方向微元計(jì)數(shù)；j為 y方向微元計(jì)數(shù)。
[0019] S3.再求解每一微元對(duì)于滑枕彎曲變形的影響。根據(jù)其所在X坐標(biāo)，先對(duì)無(wú)量綱承 載力進(jìn)行y方向的積分，積分形式如所示：
[0021] 每一微元對(duì)滑枕的非線性作用力為：
[0023] 每個(gè)微元作用力對(duì)滑枕的彎曲變形為：
[0025] 將所有微元的變形疊加得到靜壓支撐油墊對(duì)于滑枕的彎曲變形為：
[0027] 其中：δ 2為滑枕的偏移量，它的最大值代表刀尖點(diǎn)的偏移量大小，作為支撐性能 的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。S4.先定義3。=〇,并給定作為迭代初值求解作用力AW(1)，再依據(jù)A W(1) 求解循環(huán)迭代直到AW與δ z的結(jié)果都收斂到精度范圍。在切削力與支撐油墊的作用 下，滑枕的彎曲變形不可能大于切削力單獨(dú)作用下的彎曲變形，所以的取值為只有切削 力作用下的滑枕彎曲變形，作為變形量的上邊界，表達(dá)式為：
[0029] 在迭代過(guò)程中應(yīng)用逐次超松弛迭代方法加速：
[0030] δζ(χ)(η)= ω · δ ζ(χ)(η*) + (1-ω) · δζ(χ)(η1)
[0031] 其中：η是循環(huán)計(jì)數(shù)變量；是ω逐次超松弛迭代方法的松弛系數(shù)。
[0032] 得到八1與δ ζ后再通過(guò)二分法對(duì)δ。進(jìn)行求解，即校準(zhǔn)滑枕的整體偏移量，校準(zhǔn) 的準(zhǔn)則方程為：
[0034] 其中：F。為切削力。
[0035] S5.根據(jù)上述結(jié)果，嘗試多種不同的供油流量，進(jìn)行承載能力的分析，尋找相同切 削力作用下刀尖點(diǎn)偏移最小的最優(yōu)解。
[0036] 針對(duì)對(duì)置油墊的靜壓滑枕切削力抵抗剛度優(yōu)化方法具有如下優(yōu)點(diǎn)。
[0037] 1、通過(guò)對(duì)置滑枕模型研究靜壓滑枕的支撐性能，即保證了分析的實(shí)際工程背景， 又實(shí)現(xiàn)了必要的簡(jiǎn)化。
[0038] 2、應(yīng)用有限差分方法求解雷諾方程、迭代法求解對(duì)置油墊的非線性支撐、再通過(guò) 二分法尋找刀尖點(diǎn)偏移最先的最優(yōu)性能點(diǎn)，綜合得出提升滑枕支撐性能的方式。
[0039] 3、通過(guò)改變對(duì)置油墊供油流量分配的方式，在不改變總供油流量的前提下，降低 了了對(duì)置靜壓油墊支撐下的滑枕在同等切削力下的刀尖點(diǎn)偏移，從而提高其支撐性能。
【附圖說(shuō)明】
[0040] 圖1是針對(duì)對(duì)置油墊的靜壓滑枕切