CN101109410B - 套装的气体静压轴承行星运动机构 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种套装的气体静压轴承行星运动机构，它是由内、外套装的两个空气静压轴承和轴承座组成，内轴承安装在外轴承内，内轴承与外轴承的回转轴线分离并平行。采用两个空气静压轴承套装后的行星运动机构能够达到的运动精度，比采用传统滚动轴承的行星运动机构能够达到的运动精度高将近一个数量级。上述完成的套装空气轴承行星运动机构，回转轴线空间角摆精度小于0.3弧秒；直径100毫米的砂轮安装于内轴端面上，砂轮做行星运动时砂轮端面跳动小于0.3微米；这样高的精度是采用传统滚动轴承的行星运动机构很难达到的。
Description
技术领域
本发明是一种套装的气体静压轴承行星运动机构，用于在机床设备中实现高精度复杂运动轨迹。属于成型及加工技术领域。
技术背景
行星运动是机床等设备中经常采用的一种运动形式，有各种方式实现这种运动形式。在有些场合需要行星运动的精度越高越好。例如圆弧刃单晶金刚石刀具刃磨机床中，需要端面砂轮按照行星方式运动，而端面跳动精度要求小于0.5微米，这种运动精度是采用传统方式无法达到的。
非完整圆柱表面是精密偶件中常见的一种表面形式，通过偶件之间的配合起到传递运动的作用，其加工质量和加工效率直接影响到与之配套的相关产品的质量。为便于生产制造，非完整圆柱精密偶件一般采用的是分体式结构，即将非完整圆柱表面分解成为易于生产加工的简单圆柱表面和平面个体部分，再靠轴销螺纹等方式连接成为完整的零件。但这种分体方式受连接强度、刚度及运动过程中受切向力的影响，难以保证产品质量及性能的稳定性，所以现在非完整圆柱精密偶件的结构形式渐趋向于整体式结构。
对于整体式精密偶件的非完整圆柱表面，通常加工圆形零件的加工方法不适合。目前是利用数控坐标磨(圆弧插补运动)加之钳工手工修配完成。由于在加工过程坐标磨的砂轮轴平行于零件轴线作往复运动磨削，限于零件结构尺寸要求，砂轮轴细而长，零件的非完整圆弧配合面的精度和形位公差不能直接达到图纸要求，且对于非完整圆柱表面上的圆柱面突变位置受砂轮直径的影响，无法进行磨削，只能依靠后续的手工修配到图纸要求。
本发明的正是针对上述现有技术的状况而设计提供了一种套装的气体静压轴承行星运动机构，其目的是获得比传统方式更高精度的行星运动轨迹，用于解决平面内高精度行星运动问题，并通过这种结构形式提高机床设备的运动精度性能。
本发明的目的是通过以下技术措施实现的：
该种套装的气体静压轴承行星运动机构，其结构设计特征在于：它是由内、外套装的两个空气静压轴承和轴承座组成，内轴承安装在外轴承内，内轴承与外轴承的回转轴线分离并平行。
本发明的技术方案是将两个空气静压轴承按照轴心平行的方式套装在一起，用以实现高精度的行星运动轨迹。空气静压轴承的运动精度(径向跳动、轴向跳动和旋转轴线空间角摆误差等)一般比传统机械轴承的精度高一个数量级以上；将两个空气静压轴承内外套装，并将两个旋转轴线调整至严格平行；当内外旋转轴同时旋转运动时，可以实现很高精度的行星运动。
在该结构中，通过外轴座供气实现外轴座和外轴之间空气静压轴承副，通过外轴供气实现外轴和内轴之间的空气静压轴承副；外轴轴心和内轴轴心相距一定距离，并且使两个轴心线保持严格平行，当内轴以转速n1运动，外轴以转速n2运动时，由于外静压轴承和内静压轴承都可以实现很高的回转运动精度，且两个回转轴线平行，所以可以实现超高精度的行星运动，既内轴轴线在自转和公转的组合运动时，其回转轴线空间角摆误差达到很小的水平。
本发明技术方案的优点是实现了复杂运动轨迹的超高运动精度，能够获得超高精度的行星运动。与传统的采用滚动轴承的行星运动机构相比精度提高效果十分显著，达到的运动精度是传统方法无法比拟的。虽然制造成本比较高，但获得的运动精度提高的效果十分明显，对必须具有超高精度行星运动要求的场合，是十分有效和必要的选择，在精密和超精密加工设备中，尤其能够取得良好的应用效果。例如，将内轴上安装端面砂轮磨盘，砂轮磨盘在实现行星运动时，砂轮端平面可以实现很高的端面跳动运动精度。这种高精度的行星运动对单晶金刚石刀具刃磨机床等是十分关键和必要的。
附图说明
图1是本发明机构的原理示意图
图2是本发明机构的实施结构图
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明作进一步地详述：
参见附图1所示，该种套装的气体静压轴承行星运动机构，其结构原理是：它是由内、外套装的两个空气静压轴承和轴承座3组成，内轴承1安装在外轴承2内，内轴承1与外轴承2的回转轴线分离并平行。
参见附图2所示，内空气静压轴承主要包括内轴承1、内轴套4和内轴止推板6，该轴承由内轴驱动电机7直接驱动实现高速旋转。外空气静压轴承包括外轴10、外轴套8和外轴止推板9等，该轴承由减速驱动装置驱动低速旋转。内静压轴承安装在外静压轴承的外止推板9的端面上，构成内外套装的空气静压轴承。内轴承1的内轴套4的内表面上和外轴承的外轴套上安装有气嘴5。
上述装置中，内静压轴承的工作需要压缩空气、驱动电力，驱动电机还可能需要循环水冷却；由于内旋转轴在外旋转轴之内旋转，所以这些需要经过外旋转轴输入内旋转轴；为此，需要在外旋转轴的旋转轴上加装旋转接头用以输送压缩空气和冷却水，还需要加装旋转滑环用以输送电力。
传统的滚动轴承运动跳动精度一般大于1微米，而空气静压轴承的运动跳动精度可以达到0.1微米以下，相差一个数量级以上；所以，采用两个空气静压轴承套装后的行星运动机构能够达到的运动精度，比采用传统滚动轴承的行星运动机构能够达到的运动精度高将近一个数量级。上述完成的套装空气轴承行星运动机构，回转轴线空间角摆精度小于0.3弧秒；直径100毫米的砂轮安装于内轴端面上，砂轮做行星运动时砂轮端面跳动小于0.3微米；这样高的精度是采用传统滚动轴承的行星运动机构很难达到的。
本发明已经用于圆弧刃单晶金刚石刀具刃磨机床中，并可能用于高精度的研磨抛光等加工或检测设备中。
Claims (2)
1.套装的气体静压轴承行星运动机构，其特征在于：它是由内、外套装的两个空气静压轴承组成，安装在轴承座(3)内，内轴承(1)安装在外轴承(2)内，内轴承(1)与外轴承(2)的回转轴线分离并平行。
2.根据权利要求1所述的套装的气体静压轴承行星运动机构，其特征在于：内轴承(1)的内轴套(4)的内表面上和外轴承的外轴套(8)的内表面上装有提供压缩空气的气嘴(5)。
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