CN105570301A - 高精度静压主轴 - Google Patents

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付耀华
夏国利
范长庚
郭章信
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Abstract

本发明涉及一种高精度静压主轴，包括主轴本体、径向定心轴承、轴向止推轴承和供油***，径向定心轴承由主轴本体和前、后端轴承套组成，前端轴承套由甲内套和甲外套紧配合组成，后端轴承套由乙内套和乙外套紧配合组成，甲乙内套与主轴配合的内孔上均布有四个承压槽，每承压槽内部有一节流器，供油***经甲、乙外套上的环槽为四个节流器供油；轴向止推轴承由主轴本体左端的法兰端面和径向定心轴承的前端轴承套及紧固在主轴中后部的锁紧套组成，止推轴承的承压槽和节流器设置在轴承套的左右两个端面上，供油***为节流器供油。优点是：本发明能够在低速运转条件下满足精度和刚度要求。

Description

高精度静压主轴
技术领域
本发明属于静压主轴领域，尤其涉及一种高精度静压主轴。
背景技术
前数控机床的主轴大多采用滚动轴承，能确保0.001～0.003mm的主轴旋转精度。但数控机床的精度在不断提高，据半个多世纪的统计资料，正以每8～10年提高一倍的速度前进，当前数控机床的精度已经来到高精时代，加工粗糙度要求Ra≤0.1μm，这要求包括主轴在内的加工***(机床、刀具、夹具、地基等)振动要小，而使用滚动轴承的主轴本身就是震源，加工光洁度无法确保Ra≤0.1μm，采用传统经典动静压结构的主轴在磨床上应用已有半个多世纪的历史，这种动静压主轴精度可高达0.0005mm，在高速运转时有很好的刚度和精度，磨削的光洁度也可实现Ra≤0.1μm，但它只能用于磨床类机床，在磨床以外的其他机床上，由于其转速较低，无法产生足够的动压的压差，不能满足低速运转下的精度和刚度要求，无法使用动静压主轴。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种高精度静压主轴，该静压主轴能够在低速运转条件下满足精度和刚度要求。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
一种高精度静压主轴，包括主轴本体和径向定心轴承、轴向止推轴承和供油***，所述径向定心轴承由主轴本体和前端轴承套、后端轴承套组成，而前端轴承套由甲内套和甲外套紧配合组成，后端轴承套由乙内套和乙外套紧配合组成，甲内套、乙内套与主轴本体配合的内孔上设有四个均布的承压槽，每个承压槽内部有一个节流器，供油***通过管路经甲外套和乙外套上的环槽为四个节流器供油；
轴向止推轴承，由主轴本体左端的法兰端面和径向定心轴承的前端轴承套及紧固在主轴本体中后部的锁紧套组成，主轴法兰右端面和前端轴承套的左端面组成止推轴承的左工作面，锁紧套的左端面和前端轴承套的右端面组成止推轴承的右工作面，止推轴承的承压槽和节流器设置在前端轴承套的左右两个端面上，供油***为节流器供油，左端的节流器控制右端的承压槽，右端的节流器控制左端的承压槽。
本发明还可以采用如下技术方案：
在主轴本体前端的前端法兰盖和主轴本体后端的后端法兰盖上均开有气密封环槽。这种结构第一个作用是形成对液压油的密封，使其经密闭的管路流回油箱。第二个作用是用高于大气压的空气压力防止灰尘和污物浸入液压油。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明采用了以上技术方案后，本发明静压主轴的节流器由动(轴)静(套)二部分组成，工作时动静两部分之间有相对运动，因而工作时具有自洁作用，完全消除了外置节流器的污物堆积现象，因而具有更高的参数稳定性和工作可靠性；由于反馈作用，本发明静压主轴具有比传统经典动静压主轴更高的刚度和精度。由于本发明的静压主轴采用气密封，消除了传统结构动静压主轴因使用密封件而造成的摩擦阻力，因而具有更好的性能，更高的可靠性。供油油路具有为液压油加温和冷却的功能，可使液压油控制在设定温度的±0.5℃之内。消除了温度变化所造成的主轴组件的变形，因而性能更稳定。由于节流器直接雕铣在轴承套内孔表面上，使节流器到承压槽之间的管路最短，其有所容纳的液压油体积最小，减小了油的容积和管路弹性对压力传递的延迟，使节流器对承压槽的控制更快，即控制的过渡过程更快，时间常数更小，这使本发明具有反馈作用的内置节流器静压主轴在高速转动时不使用动平衡装置而实现较高精度的平稳旋转。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是静压轴承端面结构图；
图3是供油***液压原理图；
图4是内套内圆周面上的节流器的结构示意图；
图5是端面上的节流器的结构示意图；
图6是节流器的反馈原理示意图。
图中：1.主轴本体；2.前端法兰盖；3.前端轴承套；4.主轴套；5.甲外套；6.甲内套；7.锁紧套；8.乙外套；9.乙内套；10.后端轴承套；11.后端法兰盖；12.粗过滤器；13.叶片泵；14.压差发讯器；15.压力表；16.高压球阀；17.蓄能器；18.油冷却机；19.单向阀；20.比例溢流阀；21.精过滤器；22.三相电机；23.空气滤清器；24.液位计；25.温度计；26.油箱；27.承压槽；28.节流器。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1至图6，
一种高精度静压主轴，包括主轴本体1和径向定心轴承、轴向止推轴承和供油***，径向定心轴承由主轴本体和前端轴承套3、后端轴承套10组成，而前端轴承套由甲内套6和甲外套5紧配合组成，后端轴承套由乙内套9和乙外套紧8配合组成，甲内套、乙内套与主轴本体配合的内孔上设有四个均布的承压槽，每个承压槽内部有一个节流器，供油***通过管路经甲外套和乙外套上的环槽为四个节流器供油；甲、乙内套上的内圆周面上的节流器直接加工在内套上的内圆周面上，节流器在承压槽的环形圈内部，节流器与承压槽同时加工出来的。
轴向止推轴承，由主轴本体左端的法兰端面和径向定心轴承的前端轴承套及紧固在主轴本体中后部的锁紧套7组成，主轴法兰右端面和前端轴承套3的左端面组成止推轴承的左工作面，锁紧套的左端面和前端轴承套的右端面组成止推轴承的右工作面，止推轴承的承压槽和节流器设置在前端轴承套的左右两个端面上，供油***为节流器供油。端面上的节流器是在轴承端面上的一个凸起，加工成图5中槽的形状。左端的节流器控制右端的承压槽，右端的节流器控制左端的承压槽。
在前端轴承套的前方，设有通过螺栓固定在前端轴承套上的前端法兰盖，在后端轴承套的后方，设有通过螺栓固定在后端轴承套上的后端法兰盖。在前端法兰盖2和后端法兰盖11上均开有气密封环槽。
如图3所示，供油***包括油箱26，油箱上设有温度计25、液位计24和空气滤清器23，油箱上还设有粗过滤器12，油箱通过粗过滤器与叶片泵13相连，叶片泵被三相电机22驱动，叶片泵的下游设有并联的精过滤器21和压差发讯器14，精过滤器的下游设有比例溢流阀20，精过滤器的下游设有单向阀19，单向阀的下游旁路上自远离单向阀至靠近单向阀依次设有压力表15，高压球阀16和蓄能器17，单向阀的下游还与接力器的供油端口连通。粗过滤器的规格为80μm，精过滤器的规格为10μm。粗过滤器12和精过滤器21为主轴旋转提供清洁的油液，保证主轴运转油液的清洁度，比例溢流阀20保证供油压力不能过高，对液压***均起保护作用，蓄能器17对供油压力起稳压作用，还能实现应意外(如断电)情况下主轴仍能在短时间内旋转，确保主轴不被破坏。
本发明的动作原理为：
如图2、6所示，甲内套6、乙内套9的内圆周面用多轴联动数控机床雕铣了四个均布的承压槽27和四个均布的节流器28，四个节流器由供油***通过轴承套内外套之间配合面上的环槽供油，每个节流器均通过甲内套6、乙内套9的上的孔和内外套上的环槽为对面180°的承压槽供油，即控制对面180°的承压槽。如图2所示，当在外力的作用下，主轴1有微小径向移动Δh，这时的承压槽Ⅰ与轴的间隙相应减小Δh，而对面的承压槽Ⅲ与轴的间隙相应增加相同的量Δh，从而间隙减小的承压槽阻力增加、压力提高，间隙增加的承压槽阻力减小，压力降低，从而这两个相对应的承压槽产生一与造成轴移动的外力方向相反力，当这个力与外力相等时，轴停止移动，停在新的位置上，以上过程与传统经典静压轴承并无不同。
其根本的不同在于在以上的动作过程中，承压槽间隙减小同时造成设置在其内的节流器与轴的间隙减小一相同量，从而这一节流器的阻力增加，由其供油的间隙阻力增加，其供油减小受其控制的180°对面的承压槽压力将进一步降低，而这个压力降低一边的承压槽内的节流器因间隙增加相同量而阻力减小，从而其向对面180°间隙已减小压力已增加的承压槽的供油进一步增加，从而其压力进一步提高。
这就是这种内置节流器的反馈作用，很显然这一反馈作用与传统经典无反馈作用的外置节流器结构相比，在相同的轴位移量下，将产生更大的抵抗负载变化的压力差；反过来说，如产生相同的与负载方向相反的力，本发明具有反馈作用的内置节流器静压主轴将比传统结构的节流器无反馈作用的静压轴承具有更小的位移，即具有高得多的刚度和精度，这就是本发明静压主轴要达到的目的。
止推轴承的承压原理与径向轴承相同，在此不再赘述。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种高精度静压主轴，包括主轴本体，其特征在于：还包括有径向定心轴承、轴向止推轴承和供油***，所述径向定心轴承由主轴本体和前端轴承套、后端轴承套组成，而前端轴承套由甲内套和甲外套紧配合组成，后端轴承套由乙内套和乙外套紧配合组成，甲内套、乙内套与主轴本体配合的内孔上设有四个均布的承压槽，每个承压槽内部有一个节流器，供油***通过管路经甲外套和乙外套上的环槽为四个节流器供油；
轴向止推轴承，由主轴本体左端的法兰端面和径向定心轴承的前端轴承套及紧固在主轴本体中后部的锁紧套组成，主轴法兰右端面和前端轴承套的左端面组成止推轴承的左工作面，锁紧套的左端面和前端轴承套的右端面组成止推轴承的右工作面，止推轴承的承压槽和节流器设置在前端轴承套的左右两个端面上，供油***为节流器供油，左端的节流器控制右端的承压槽，右端的节流器控制左端的承压槽。
2.根据权利要求1所述的高精度静压主轴，其特征在于：在主轴本体前端的前端法兰盖和主轴本体后端的后端法兰盖上均开有气密封环槽。
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