第一章绪论
课题的提出的背景磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的精密机床，广泛应用于零件的精加工，尤其是淬硬钢件和高硬度等特殊的精加工。随着零件对精度要求的提高，磨床在金属切削机床中发挥越来越重要的作用「1]。其中，对于磨床精度起着决定作用的是磨床的主轴系统，磨床主轴支承系统的核心是轴承[[2]，磨床设备的精度、寿命和可靠性在很大程度上取决于轴承性能的高低。而传统的磨床大多采用的是动压轴承或静压轴承支撑[3-4]。虽然动压轴承结构简单，但它受速度的限制，启动和停车时不能产生油膜润滑，精度寿命有限，楔型间隙很小，这就给轴承的制造增加了较大的困难。而静压轴承虽然油膜压力与速度无关，受节流器结构的影响，轴承间隙都较大，但静压轴承承载能力取决于供油的最大压力，抗过载能力差。我国目前拥有上千万台装备有动压轴承和静压轴承的各种型号的旧磨床[[5]，它们因使用年久，精度严重下降，不能满足加工精度要求。其中很多主轴轴瓦磨损严重，无调整余量，即使修理也很难达到原来磨床性能和要求。如果添置新磨床，费用太高，因此对旧磨床进行改造具有重要意义。近十几年来，动静压轴承得到了广泛的发展，被广泛应用于改造旧磨床[[6]。
它综合了静压轴承和动压轴承的优点，在高速时以动压为主，在低速时又以静压为主，即使在零速下也能使被支承轴浮起，大大降低供给系统的功率损耗，保证了系统的运动精度，提高了设备的使用寿命[]。因此，近年来人们对该技术进行许多研究，使之逐步运用于精密加工机械及高速、高精度设备的设备中，如:外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、无心磨床、龙门磨床、轧辊磨床、齿轮磨床、精密车床等。到目前为止，动静压磨头技术已相对比较成熟，在旧磨床改造方面做出了很大贡献。改造后的旧磨床在长期使用的过程中，各项指标都能够达到原设计要求，且维护费用便宜，if}J用稳定性也很好。动静压轴承既可在老旧设备改造方面起到巨大的作用(目前国内已有数千台磨床进行了改造，收到了良好的效益)，同时也可为新机床配套(上海机床厂’、北京第二机床厂的外圈磨、北京机电研究院的内圆磨)[}]。但是由于新、老磨床的类型型号繁多，而且动静压轴承的结构可多样化(某厂从德国引进的一台轧辊磨床磨头的动静压轴承采用三个油腔和一个动压圆柱面)，动静压轴承技术仍在发展之中，新的动静压轴承的结构不断出现。如果对每一种磨床的动静压轴承进行单独设计，必然会存在重复设计的部分，导致工作量很大。与此同时，CAD技术已发展相当成熟，已广泛应用于产品设，如果对于动静压磨头进行参数化设计，根据新旧磨床的型号，通过输入设计的参数，便可以在很短的时间内设计出所需要的动静压磨头，大大的提高了设计效率和准确率。正因为如此，提出本课题:动静压磨头(动静压轴承和主轴)参数化设计。.2课题的意义及主要研究内容2.1选题意义自80年代以来，参数化、变量化技术[f9l逐渐成为学术界、产业界的研究热点许多学者从不同的应用领域、不同的理论背景提出了许多参数化模型和求解算法。目前，支持零件几何外型变化的参数化设计技术相对成熟，在此基础上，支持产品设计的参数化模型及相关算法也成为CAD/CAM领域研究热点。
支持产品设计的参数化模型，包括建立产品模型的方式，模型中表达功能和几何信息的映射、蕴含在模型中的知识信息，进行知识推理，对产品参数化模型进行求解等，都已有了很好的研究。在机械领域，CAD技术的应用使机械工程发生的最重大变化，尽管机械产品五花八门，复杂机械要有上百、上千个零部件组成，实现系列化、全参数化是十分繁杂的工作，也是十分必要的工作。但到目前为止，我们已经对机械零件很好的实现了参数化。目前，机械产品主要集中在齿轮、轴承、轴、减速箱、零件的装配等标准件及非标准件等的参数化设计上，但对于动静压轴承和轴结合起来进行参数化设计，国内还很少有研究。现阶段对于CAD参数化方法，大多是对AutoCAD采用其本身自带的二次开发语言进行二次开发[10-12]，对于国产CAD软件的开发则比较少。但与此同时，国产CAD软件正在越来越被广泛使用，如北航海尔开发的CAXA软件，其绘图方式十分符合中国人的习惯，在机械领域得到了广泛的应用。北京环岛新特机电设备技术有限公司在设计动静压主轴系统方面具有丰富的经验和成熟的技术，在国内同行业处于领先水平。本课题正是北京环岛新特机电设备技术有限公司需求的基础上展开与其展开的合作，因此具有很强的针对性和应用性。2:2本课题主要研究内容动静压轴承吸取了动压轴承和静压轴承的优点，既解决了静压轴承庞大复杂的供油系统，又克服了动压轴承启动停止时的干摩擦，并保证了抗振性、动态刚性等性能。这种轴承组成的轴系应用广泛，适用于各种进口、国产磨床及其它精密机床，但目前无统一的设计标准，设计方法也不很完善。为了提高动静压磨头的设计水平和实现计算机辅助制造(CAM)，本课题提出了以下主要研究内容:动静压磨头结构设计及最优参数的确定，动静压磨头的参数化设计，动静压磨床参数化系统在产品应用过程中
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6-7
第一章 绪论 14-18
1.1 课题的提出的背景 14-15
1.2 课题的意义及主要研究内容 15-17
1.2.1 选题意义 15
1.2.2 本课题主要研究内容 15-16
1.2.3 研究方案 16-17
1.3 本论文的结构安排 17-18
第二章 动静压磨头技术的理论研究 18-36
2.1 主轴设计 18-19
2.1.1 主轴端部的形状 18
2.1.2 主轴外径D 18-19
2.1.3 主轴材料与热处理 19
2.1.4 主轴技术要求 19
2.2 动压与静压轴承 19-24
2.2.1 动压轴承 19-21
2.2.2 静压轴承 21-24
2.3 液体动静压轴承 24-29
2.3.1 动静压轴承的特点 24
2.3.2 动静压轴承分类 24-25
2.3.3 动静压轴承的几种典型结构 25-29
2.4 动静压磨头的设计 29-33
2.4.1 动静压轴承基本参数的确定 29-31
2.4.2 动静压磨头型号系列 31-33
2.5 动静压轴承的应用 33-35
2.6 本章小结 35-36
第三章 动静压磨头参数化模型的建立 36-54
3.1 参数化设计发展 36-37
3.1.1 参数化设计的必要性 36
3.1.2 CAD参数化现状 36-37
3.2 参数化设计 37-39
3.2.1 参数化设计的概念及方法 37-38
3.2.2 尺寸驱动原理 38-39
3.2.3 参数化绘图的应用 39
3.3 CAD参数化二次开发语言 39-42
3.3.1 Visual LISP 40
3.3.2 Object ARX 40-41
3.3.3 VBA 41
3.3.4 CAXA电子图板Ebads平台 41-42
3.4 参数化平台的选择 42-48
3.4.1 二次开发平台的安装与设置 42-43
3.4.2 创建二次开发工程 43-45
3.4.3 基本程序说明 45-48
3.5 动静压磨头参数化模型的建立 48-53
3.5.1 模型建立方法 48-49
3.5.2 建立参数化模型 49-53
3.6 本章小结 53-54