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《华东理工大学》 2011年
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划片机空气静压主轴静态与热态特性的有限元分析与实验研究

刘剑  
【摘要】:划片机是半导体生产后道工序的专用数控加工设备,空气静压主轴是其关键部件之一。随着高速、超精密技术的发展,对空气静压主轴的刚度及稳定性都有了更高的要求。由于空气具有可压缩性,气膜刚度较小,划片机电主轴的固有生热会造成主轴的变形,加工精度受到影响,其刚性、热态特性决定着产品的加工质量。因此,对空气静压主轴的刚度及热变形进行相应的研究以提高其使用性能,具有十分重要的意义。 本文首先分析了空气静压轴承的使用原理,结合流体动力学基本方程建立其数学模型,提出了有限元仿真分析的必要性和可行性,为后面的工作提供了理论依据。 以划片机空气静压主轴为研究对象,通过研究单个空气静压轴承的结构,依据各项参数对其进行了三维有限元实体建模,并得到了流体分析结果,观察云图了解到气膜的压力分布规律。对空气静压主轴进行全参数实体建模,采用流-固耦合的方法进行仿真分析,得到不同载荷下主轴的变形,从而计算出空气静压主轴的静态刚度。 针对划片机使用中由于空气静压电主轴热变形带来的加工误差问题,根据其实际工况分析了电主轴的热源和热传递,并确定了相应的生热率和热传递系数。建立基于ANSYS仿真软件的空气静压电主轴模型,通过耦合分析模拟了电主轴的温度场分布及热变形。研究结果表明,主轴轴向热变形主要源于转子端,电机冷却水通过定子间接冷却转子,在降低主轴热变形上效果最好。针对电主轴的工作特性,从降低生热和增强散热两方面出发提出了减小其热变形的措施。 最后,为验证理论研究的正确性,本文建立了空气静压电主轴静态与热态特性的实验研究系统。实验结果表明,在允许的误差范围内,以上采用的分析方法切实可行,为以后的理论研究工作提供了有力的参考。
【学位授予单位】:华东理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG659

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【参考文献】
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