一种针对对置油垫的静压滑枕切削力抵抗刚度优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明是一种针对对置油垫的静压滑枕切削力抵抗刚度优化方法，属于支撑与润 滑设计技术领域。
【背景技术】
[0002] 静压滑枕由于其支撑刚度大、磨损小等优点广泛应用于重型机床中。在加工时的 切削力影响下，静压滑枕的支撑性能直接影响着机床刀尖点的加工精度，所以静压滑枕的 刚度是分析机床动、静特性的关键参数。外置的油栗向油兜内提供压力油使两支撑表面分 离，油液在流过封油边时产生的静压效应是维持油兜内压力的关键。静压油垫是一种典型 的非线性支撑，以何种形式表达油垫的支撑刚度是静压系统研究的一个难题。并且静压滑 枕通常采用全包的静压支撑，油垫与油垫相互提供预紧力，这使得静压滑枕的支撑成为了 超静定问题。在加工时，静压滑枕支撑的承载性能加工精度影响很大，所以其刚度是评价机 床性能的标准之一。
[0003] 在求解静压导轨中封油边内压强分布的问题时，雷诺方程是主要的分析方法。雷 诺方程的求解便是分析静压导轨承载性能的基础，但由于其方程本身是二阶偏微分方程， 解析解的求取比较困难，所以目前再静压支撑系统的分析方法中以数值方法为主。有限差 分方法是一种很实用的数值方法，微分方程可以通过有限差分方法近似转变为代数方程， 再通过代数方程的数值求解方法进行求解，最终得到封油边内压强分布的近似解。
【发明内容】
[0004] -种针对对置油垫的静压滑枕切削力抵抗刚度优化方法，本发明根据重型机床的 静压滑枕模型，针对对置滑枕支撑的特点应用雷诺方程，根据对置静压油垫支撑的滑枕特 点对其进行简化，建立了一种求解非线性支撑刚度的模型，并根据不同参数取值下的计算 结果对滑枕的支撑刚度进行优化。首先应用有限差分方法求解雷诺方程得出单个滑枕支撑 油垫的承载能力，再通过迭代法求解对置油垫的非线性承载力与刚度，之后应用二分法求 取滑枕的偏移，得出滑枕在切削力作用下的变形。通过不同参数下滑枕变形程度的大小， 分析其支撑刚度的影响因素，最终通过重新分配支撑油垫供油流量的方式提高了滑枕的刚 度，得出流量分配的优化结果。
[0005] 通过应用有限差分方法将雷诺方程近似离散为有限阶的代数方程组，再通过高斯 赛德尔迭代方法求解每个油垫内的压强分布，并积分得出油垫的承载能力。依据对置的油 垫模型分析滑枕变形与偏移对两侧油垫承载力的影响，通过迭代法求解支撑能力关于油膜 厚度非线性的变化关系，得出静压滑枕支撑刚度的影响因素。通过尝试不同种影响因素组 合的计算结果分析在同等大小的切削力作用下，滑枕刀尖点的偏移量，寻找使得滑枕支撑 刚度最好的优化结果。最终通过合理分配不同油垫间供油流量分配的方式提升了静压滑枕 的支撑性能。
[0006] 本发明提供的针对对置油垫的静压滑枕切削力抵抗刚度优化方法包括以下步 CN 105117614 A 说明书 2/4 页 骤：
[0007] SI.首先对静压导轨中的参数进行变量的无量纲化：
[0011] 其中：P为压强；P。为油兜内压强；L为静压导轨油垫长度；B为静压导轨油垫宽 度；w为承载能力；Q为流量；ux为导轨移动速度；h为油膜厚度；η为油液粘度。P为无量 纲压力^为无量纲长度茂为无量纲宽度^为无量纲厚度；面为无量纲承载力；巧为y方 向无量纲抵抗倾覆力矩；泛为无量纲承流量；为无量纲导轨移动速度；E为无量纲油膜厚 度。
[0012] S2.再根据模型对雷诺方程进行简化并将简化后的雷诺方程通过有限差分方法离 散；一般情况下，静压滑枕的生热问题并不明显，即支撑液体的粘度变化与密度变化可以忽 略，简化后的雷诺方程为：
[0014] 通过有限差分方法近似离散后的雷诺方程为：
[0018] 其中：&帥为X方向离散步长;JWp为y方向离散步长；i为X方向微元计数；j为 y方向微元计数。
[0019] S3.再求解每一微元对于滑枕弯曲变形的影响。根据其所在X坐标，先对无量纲承 载力进行y方向的积分，积分形式如所示：
[0021] 每一微元对滑枕的非线性作用力为：
[0023] 每个微元作用力对滑枕的弯曲变形为：
[0025] 将所有微元的变形叠加得到静压支撑油垫对于滑枕的弯曲变形为：
[0027] 其中：δ 2为滑枕的偏移量，它的最大值代表刀尖点的偏移量大小，作为支撑性能 的评价标准。S4.先定义3。=〇,并给定作为迭代初值求解作用力AW(1)，再依据A W(1) 求解循环迭代直到AW与δ z的结果都收敛到精度范围。在切削力与支撑油垫的作用 下，滑枕的弯曲变形不可能大于切削力单独作用下的弯曲变形，所以的取值为只有切削 力作用下的滑枕弯曲变形，作为变形量的上边界，表达式为：
[0029] 在迭代过程中应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是循环计数变量；是ω逐次超松弛迭代方法的松弛系数。
[0032] 得到八1与δ ζ后再通过二分法对δ。进行求解，即校准滑枕的整体偏移量，校准 的准则方程为：
[0034] 其中：F。为切削力。
[0035] S5.根据上述结果，尝试多种不同的供油流量，进行承载能力的分析，寻找相同切 削力作用下刀尖点偏移最小的最优解。
[0036] 针对对置油垫的静压滑枕切削力抵抗刚度优化方法具有如下优点。
[0037] 1、通过对置滑枕模型研究静压滑枕的支撑性能，即保证了分析的实际工程背景， 又实现了必要的简化。
[0038] 2、应用有限差分方法求解雷诺方程、迭代法求解对置油垫的非线性支撑、再通过 二分法寻找刀尖点偏移最先的最优性能点，综合得出提升滑枕支撑性能的方式。
[0039] 3、通过改变对置油垫供油流量分配的方式，在不改变总供油流量的前提下，降低 了了对置静压油垫支撑下的滑枕在同等切削力下的刀尖点偏移，从而提高其支撑性能。
【附图说明】
[0040] 图1是针对对置油垫的静压滑枕切