静压轴承椭圆轴心轨迹控制技术研究

椭圆异形内孔的精密加工一直是一个重要的技术难题，目前的方法，需要在镗杆上附加机构，存在安装空间小、技术难度高等局限。本项目提出一种利用静压轴承控制技术形成期望椭圆轴心轨迹的成形方法。通过合理设计静压油腔和主动控制油腔压力，使主轴在绕轴心自转的同时，轴心本身按期望的椭圆轨迹作周期进动，这样，在不附加任何其它机构情况下，直接实现加工椭圆回转曲面要求的运动轨迹。主要研究内容包括：研究期望椭圆轴心轨迹的形成方法；开发满足可控性要求的静压轴承；建立椭圆轴心轨迹动力学模型及相应主轴-转子系统控制模型；研究满足椭圆轴心轨迹的最优控制策略与实现方法；本项目的完成，将为椭圆异形销孔的加工开辟新途径。

针对非圆异形内曲面的精密加工要求，提出一种利用静压轴承控制技术形成期望椭圆轴心轨迹的成形方法。通过合理设计静压油腔和主动控制油腔压力，使主轴在绕轴心自转的同时，轴心本身按期望的椭圆轨迹作周期进动，这样，在不附加任何其它机构情况下，直接实现加工椭圆回转曲面要求的运动轨迹。开展的主要研究工作如下：.(1)开发了满足运动空间和可控性要求的新型静压轴承，提出了两种新型结构--椭圆廓形及嵌套油腔结构，前者满足了运动空间要求，后者减小了控制油液容量，即提高了动态响应速度，又提高了反应灵敏度。.(2)对新型静动态特性进行了系统研究。建立了静动态计算模型，研究了结构参数对控制特性的影响，提出了一种利用动静压比来测试封油面上非线性动压油膜对轴承控制性能影响的方法。.(3)研究了基于轴心轨迹的非圆内曲面运动成形方法。证明了利用轴心进动与刀尖自转合成椭圆刀尖轨迹的必要充分条件。. (4)开展了静压轴承主轴系统的建模和动力学特性研究；建立了轴心轨迹计算和控制模型，研究了满足椭圆轴心轨迹的最优控制策略与实现方法；.(5)研究了轴心期望轨迹位置与油腔压力、控制电流的定量关系；在不考虑转子倾转条件下建立转子的动力学方程，得到轴心运动轨迹位置坐标与油膜力的关系，在期望轨迹上选择配置点，求得每个配置点处所需的油膜力，最后通过程序迭代计算得到配置点处液压回路系统中电液伺服阀的控制电流参数以及油腔压力参数。.(6)研究了静压主轴轴心做期望椭圆轨迹的最优控制问题。以轴心位置坐标为待优化的状态变量，控制油膜力为控制变量；以期望轴心坐标和待优化的轴心坐标偏差作为性能指标，建立最优控制模型，利用高斯伪谱法求解最优轴心运动轨迹和最优控制规律。.(7)改装了试验台，搭建了轴心轨迹测量与控制装置；利用现代控制方法，开展了椭圆轴心轨迹控制试验研究，得到了椭圆轴心轨迹。证明了方法的有效性和可行性。