超精密液体静压导轨系统综合动态设计理论与方法研究

精密与超精密加工技术是制造业水平的重要标志，是先进制造技术的基础和关键。而超精密液体静压导轨是超精密加工技术广泛应用的共用关键基础功能模块。由于目前对超精密液体静压导轨多场耦合作用机理和承载特性认识不足，严重制约超精密加工机床的设计和应用精度，为此本申请课题拟在已有工作基础上开展以下研究工作：超精密液体静压导轨系统的机、液、热多物理场复杂非线性耦合机理研究；超精密液体静压导轨系统综合性能指标分析及评价体系研究；超精密液体静压导轨多物理场复杂非线性耦合系统综合性能动态优化设计理论研究；超精密液体静压导轨系统的综合性能动态优化设计软件研究。通过理论分析、计算机模拟、实验测试相结合的方法揭示多场耦合作用下超精密液体静压导轨承载机理，建立导轨承载特性评价体系，提出一种高效可靠的超精密液体静压导轨综合动态优化设计方法并开发出相应的设计平台。

摘要：精密与超精密加工技术是制造业水平的重要标志，是先进制造技术的基础和关键。而超精密液体静压导轨是超精密加工技术广泛应用的共用关键基础功能模块。但目前对超精密液体静压导轨多场耦合作用机理和承载特性认识不足，严重制约了超精密加工机床的设计和应用精度。本申请课题在已有工作的基础上开展了以下研究工作：(1)超精密液体静压导轨系统的机、液、热多物理场复杂非线性耦合机理研究。在机、液、热多物理场耦合模型的基础上，对导轨机械结构进行静力学分析、模态分析及热特性分析，并对导轨油膜进行流场仿真分析。(2)超精密液体静压导轨系统综合性能指标分析及评价体系研究。分析了节流器结构、薄膜节流器特性参数对静压导轨承载特性以及油膜刚度的影响规律，研究了液体静压导轨综合性能指标评价体系。(3)超精密液体静压导轨多物理场复杂非线性耦合系统综合性能动态优化设计及控制理论研究。对液体静压导轨性能进行了正交优化研究，并对其油膜波动进行了预见控制及最优控制理论研究。(4)超精密液体静压导轨系统的综合性能动态优化设计平台及实验研究。在理论分析的基础上，开发了液体静压导轨的优化设计平台，并对原系统进行了改造，搭建了液体静压导轨的测试实验平台，并进行了实验研究。通过理论分析、计算机模拟、实验测试相结合的方法揭示多场耦合作用下超精密液体静压导轨承载机理，建立导轨承载特性评价体系，提出高效可靠的超精密液体静压导轨综合动态优化设计方法及控制理论并开发出相应的设计平台。