高刚度大载荷精密二维定位工作台关键技术研究-仪器科学与技术专业论文.docxVIP

Classified Index: TH703 U.D.C: 681 Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH ON KEY TECHNOLOGIES OF PRECISION TWO-DIMENSIONAL POSITIONING STAGE WITH HIGH STIFFNESSLARGE LOAD Candidate： Hu Bingmei Supervisor： Prof. Tan Jiubin Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Instrumentation Science and Technology Affiliation： Department of Automatic Measurement and Control Date of Defence： June, 2013 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - - I - 摘 要 近年来，随着先进装备制造业逐渐朝向精密化和超精密化发展，特别是航 空发动机性能的不断提升，对发动机加工装配的精度要求越来越高，尤其是在 追求更高推重比的同时，由于装配误差产生的发动机振动、噪声等因素对性能 的影响逐渐凸显出来。这就对发动机的测试装备性能提出了严峻的挑战，因而 也对所使用的调整定位工作台有了更高的要求，既需要它满足高刚度大载荷， 又要求它兼顾大行程高精度。此类高精度工作台国外公司对我国禁运，一般精 度的价格又极其昂贵。为此，本文针对自主研发的航空发动机专用装配测试精 密二维工作台进行研究，并对课题组研发的传统结构 X-Y 二维精密调整定位工 作台进行了改进优化。主要研究内容如下： 首先，对传统基于弹簧回复结构的调整定位工作台结构及工作原理进行深 入研究，完成物理模型的建立以及相应的结构分析计算，发现该结构存在刚度 低，载荷小，不同方向位移灵敏度特性不一致等缺陷，严重影响了其使用性能， 因此必须对其进行改进优化。 其次，在对原有工作台分析的基础上，得到结构改进的设计思路；提出了 一种基于回复刚度恒定原理的调整定位工作台；对改进结构工作原理进行研究， 完成了其物理模型的建立以及必要的结构分析计算，并对改进后工作台的整体 性能与原有工作台性能进行了对比，分析了改进后工作台的优势与特点。 最后，对改进前后两种工作台的水平刚度、稳定性以及不同载荷下的正向、 反向位移灵敏度进行了实验验证与分析。实验结果表明，改进的调整定位工作 台与原有弹簧回复结构的调整定位工作台相比，在 508kg 负载的作用下，改进 的工作台位移灵敏度可达 0.3μm，而传统弹簧回复结构工作台位移灵敏度仅为 1.5μm；改进后的工作台刚度优于 3.8×105N/m，传统工作台刚度仅为 2.1× 103N/m，改进后刚度提升了约 181 倍。 本文所设计的 X-Y 二维精密定位工作台刚度、载荷及位移灵敏度均满足课 题要求。 关键词：定位工作台；高刚度；大载荷；位移灵敏度 - - II - Abstract In recent years, with the trend of advanced equipment manufacturing’s developing is gradually towards ultra-precision, and the continuous improvement of aero-engine performanc, the precision of processing and assembly increasingly demanding. Especially when pursuiting of higher thrust to weight ratio, the influence of engine vibration is gradually highlighted. So, there is higher requirements for the positioning stage. We need the positioning stage with high stiffness, large load, high Precision and large travel. Therefore, this paper carried out research on it, and improved the precision X-Y two-dim