CN101234471B - 轧辊加工装置 - Google Patents

Abstract

提供一种轧辊加工装置，其能够通过静压轴承精确地支撑轧辊同时吸收轧辊在长度方向的热膨胀，例如由于室温变化引起的热膨胀，从而提供加工精度。在水平位置支撑且旋转轧辊的同时加工轧辊表面的轧辊加工装置，包括：可拆卸地联接到轧辊一端的第一心轴；第二心轴，在相同轴线上与第一心轴相对布置，可拆卸地联接到轧辊另一端；第一静压径向轴承，以接收第一心轴的径向载荷且可旋转地支撑第一心轴；静压推力轴承，以接收第一心轴的推力载荷且限制第一心轴的轴向运动；第二静压径向轴承，以接收第二心轴的径向载荷且可旋转地支撑第二心轴；以及具有推力轴承以接收第二心轴的推力载荷的浮动推力装置，所述推力装置能够可选地限制或允许推力轴承的轴向运动。

Description

轧辊加工装置

技术领域

本发明涉及加工轧辊表面同时在水平位置支撑且旋转轧辊的轧辊加工装置，且更具体地涉及加工轧辊为需要精密加工的加工产品的轧辊加工装置，该加工产品为如轧辊模具，以生产例如用于液晶显示器中的光学薄膜或用于背投影设备的双凸透镜。

背景技术

如上所述的轧辊模具需要精细的、非常高精度的加工。因此，当加工轧辊成这样的轧辊模具时，有必要精确地支撑轧辊同时在它的旋转期间抑制轧辊的振动、轴线的位移等。为了该目的，优选地通过静压轴承支撑心轴，该心轴支撑轧辊的两端。

然而，当心轴由接收推力载荷的静压推力轴承支撑时，由于轴承的小轴承间隙，轴承不能吸收轧辊在长度方向的热膨胀，例如由于室温变化，尤其是当轧辊具有大的长度时，这引起轴承中的刮伤。

日本专利早期公开NO.11-207503披露了一种加工作为工件的曲轴的装置，其中工件的两端由两个心轴支撑，心轴由静压轴承在径向方向和推力方向支撑。工件并不直接固定到心轴之一，但在它的一端处固定到设置在一个心轴中的活塞。工件用从活塞施加到一端的张力支撑。

虽然所披露的方法使得有可能吸收在长度方向的工件的热膨胀(例如由于室温变化引起)，但其包括复杂的装置结构。此外，由于工件的一端并不直接地固定到心轴，但通过活塞间接地固定到心轴，工件不能稳定地支撑，且在它的旋转期间工件的振动、轴线位移等很可能发生。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种轧辊加工装置，其能够通过静压轴承精确地支撑轧辊同时吸收轧辊在长度方向的热膨胀(例如由于室温变化引起)，从而提高加工精度。

为了达到该目的，本发明提供在水平位置支撑且旋转轧辊的同时加工轧辊表面的轧辊加工装置，所述装置包括：可拆卸地联接到轧辊一端的第一心轴；第二心轴，在相同轴线上与第一心轴相对布置，可拆卸地联接到轧辊另一端；第一静压径向轴承，以接收第一心轴的径向载荷且可旋转地支撑第一心轴；静压推力轴承，以接收第一心轴的推力载荷且限制第一心轴的轴向运动；第二静压径向轴承，以接收第二心轴的径向载荷且可旋转地支撑第二心轴；以及具有推力轴承以接收第二心轴的推力载荷的浮动推力装置(floating thrust)，所述推力装置能够可选地限制或允许推力轴承的轴向运动。

在本发明的优选实施例中，浮动推力装置包括：具有缸室和孔的壳体，仅在轴向上可移动的推力轴承与轴承套一起插入到孔中；将推力轴承固定到第二心轴的后端的工具；活塞，可移动地配合到孔内，以通过供应到缸室的增压流体在轴向方向按压推力轴承；以及开关阀，以切换供应到缸室的增压流体的流动方向从而可选地允许活塞操作为允许推力轴承的轴向运动或限制推力轴承的轴向运动且将它固定在预定位置处。

根据本发明，支撑轧辊两端的两个心轴的第一心轴因而由静压轴承在径向方向和推力方向支撑，而第二心轴由静压轴承在径向方向且由浮动推力装置在推力方向支撑，浮动推力装置能够可选地限制第二心轴的轴向运动。这允许简单的装置结构且此外允许轧辊在长度方向的热膨胀(例如由于室温变化引起)由浮动推力装置吸收同时用用于第一和第二心轴的静压径向轴承和用于第一心轴的静压推力轴承精确地支撑轧辊，因而提高加工精度。

浮动推力装置是为了在将轧辊附接到第一和第二心轴或将轧辊从第一和第二心轴拆卸时相对于心轴头体在预定位置处固定第二心轴的轴向位置，且进行第二心轴相对于心轴头体的轴向位置的初始设定。因而，浮动推力装置并不必需使用静压推力轴承。球轴承用于浮动推力装置能够进一步简化装置的结构且也能够减少成本。

附图说明

图1是显示根据本发明的轧辊加工装置的主要部分的示意图；

图2是沿图1的线A-A截取的截面图；以及

图3是显示图1所示的浮动推力装置的细节的放大垂直截面图。

具体实施方式

现在将结合附图详细描述本发明。

图1显示根据本发明实施例的轧辊加工装置。在图1中，R代表待加工的轧辊，且附图标记10和11分别代表第一心轴和第二心轴。第一和第二心轴10，11在相同的水平轴线上彼此相对布置，且可拆卸地固定且支撑轧辊R的两端且将轧辊保持在水平位置。

第一心轴10，在其相对于轧辊R的前和后侧，由包括静压腔元件(hydrostatic pocket member)12，13的第一静压径向轴承可旋转地支撑。第二心轴11，在其相对于轧辊R的前和后侧，由包括静压腔元件14，15的第二静压径向轴承元件可旋转地支撑。如图2中所示，例如静压腔元件12具有成相向垂直对的静压腔12A，12B和成相向横向对的静压腔12C，12D。以上构造同样适用于其他静压腔元件13，14，15。

在静压腔12A，12B，12C，12D中，静压腔12A，载荷从轧辊R施加到其上的垂直对中的上部腔，提供有恒压比流动控制阀17，阀17提供在增压油供应回路16中，以响应于静压腔12A中的压力变化而改变供应到静压腔12A的增压油的流率，从而保持静压腔12A的轴承间隙恒定。在第二心轴11的前侧上的静压腔元件14的上部静压腔14A也提供有恒压比流动控制阀17，阀17提供在增压油供应回路16中。

另一方面，关于在心轴10，11后侧上的静压腔元件13，15，下部静压腔13B，15B各提供有在增压油供应回路16中的恒压比流动控制阀17。增压油供应回路16通过温度调节单元18连接到储油罐19，储油罐19是增压油的供应源。

静压腔元件12，13，14，15的除了静压腔12A，14A，13B，15B的静压腔(附图标记省略)通过温度调节单元18连接到增压油的供应源储油罐19，而不通过恒压比流动控制阀17。

附图标记20，21代表用于第一心轴10的静压推力轴承。静压推力轴承20，21在提供在第一心轴10中的法兰22的相反表面上具有相向的静压腔对。每个静压腔通过增压油供应回路16和温度调节单元18连接到储油罐19。附图标记23代表将从静压轴承12-15，20，21流动的油回流到罐24的排出装置。

第二心轴11在它的后端(图1中右端)处提供有浮动推力装置25。如图3中所示，浮动推力装置25具有作为推力轴承的球轴承，通过螺母29装配到第二心轴11的后端，垫片28夹在轴承和螺母之间。球轴承26，27的外部座圈通过轴承套32配合到壳体31的孔31A内。导向销31B以径向方向插入到壳体31中，从而导向销31B与轴承套32的周边表面接触。轴承套32通过导向销31B支撑且仅在轴向方向是可运动的。壳体31装配到心轴头体30(仅部分显示)，其用静压腔元件14，15可旋转地支撑第二心轴11。

在壳体31中形成缸室33a，34a。用于向后和向前按压轴承套32的活塞33，34提供在壳体31内。活塞33，34的向前运动由孔31A之前和后面的台阶部分限制，而它们能够各向后移动预定的距离。在活塞33，34后侧的缸室33a，34a通过开关阀35可选地连接到增压油供应回路16和罐24。通过将活塞33，34连接到增压油供应回路16，活塞33，34由增压油按压到受限制的向前运动位置，从而通过轴承套32固定球轴承26，27的轴向位置。另一方面，通过连接活塞33，34到罐24，在活塞33，34后侧上的压力被释放从而允许球轴承26，27的轴向运动。

返回到图1，接收罐38连接到储油罐19，以存储来自增压阀37的高压空气，增压阀37增加来自增压空气源36的增压空气(例如工厂空气)的压力，从而储油罐19能够给定静压腔元件12-15，20，21必需的压力。

另外，泵40通过止回阀39连接到储油罐19。泵40的启动和停止用提供在储油罐19中的上部和下部液体水平指示器41，42控制，从而在储油罐19中存储不少于预定量的增压油。提供用于轧辊R的附接和拆卸的用于第一和第二心轴10，11的旋转驱动机构，以及用于第一心轴10或第二心轴11的轴向运动机构，与本发明无直接关系且因此在此省略其详细描述。

现在将描述轧辊加工装置的操作。

在将轧辊R附接到第一和第二心轴10，11之前，活塞33，34的后侧通过开关阀35连接到增压油供应回路16，从而供应的增压油将活塞33，34按压在如图3中所示的在孔31A之前和后面的台阶部分上，从而将球轴承26，27相对于壳体31固定且将第二心轴11的轴向位置相对于心轴头体30固定。

接着，轧辊R的两端均附接且固定到第一和第二心轴10，11的前端。在轧辊R附接之后，轧辊R的载荷作用于心轴10，11上，由此前静压腔元件12，14的下部静压腔12B，14B的轴承间隙变小，而上部静压腔12A，14A的轴承间隙变大。相反，在后静压腔元件13，15的情况下，上部静压腔13A，15A的轴承间隙变小，而下部静压腔13B，15B的轴承间隙变大。

静压腔中的增压油的压力随着轴承间隙减少而增加，且相反地，静压腔中的增压油的压力随着轴承间隙增加而下降。然而，增压油通过相应的恒压比流动控制阀17从储油罐19供应到静压腔12A，14A，13B，15B，它们的轴承间隙变大。增压油供应到每个静压腔12A，14A，13B，15B的流率响应于在静压腔中的增压油的压力变化而变化，从而每个静压腔12A，14A，13B，15B的轴承间隙保持恒定。

由于静压腔12A，14A，13B，15B(它们的轴承间隙将通过轧辊R的载荷变化)的轴承间隙从而保持恒定，垂直对的相对配对物(即静压腔12B，14B，13A，15A)的轴承间隙，也保持恒定。由于轧辊R的载荷引起的每个静压腔的轴承间隙的变化因而能够抑制。因此，即使当通过未示出的旋转驱动机构以高速旋转心轴10，11时，每个静压腔中的温度升高的差能够变得很小。因此心轴10，11的变形能够抑制，使得可以精确地支撑轧辊R且以提高的精度加工它。

进一步根据该实施例，增压油从储油罐19供应到静压轴承12-15，20，21，由接收罐38给定储油罐19稳定的压力。这能够抑制当直接从泵供应增压油时会发生的脉冲运动，使得可以精确地且稳定地支撑并旋转轧辊R。这也能够提高轧辊R的加工精度。

另外，通过用液体水位指示器41，42控制泵40的启动和停止，不低于预定量的增压油存储在储油罐19内。这允许增压油供应到静压腔，即便在动力失效时，从而防止对轴承的损坏，例如刮伤。

在轧辊R以上述方式附接到心轴10，11之后且在旋转心轴10，11和启动轧辊R加工之前，用于浮动推力装置25的开关阀35切换以向罐24打开活塞33，34的后侧。当轧辊R由于例如室温变化膨胀或收缩时，这允许球轴承26，27相对于壳体31在轴向方向移动，从而允许第二心轴11在轴向方向移动。因此，没有过多的载荷施加到第一心轴10的静压推力轴承20，21上。这不仅防止对轴承的损坏，诸如刮伤，而且使得可以精确地且稳定地支撑并旋转轧辊R，从而提高轧辊R的加工精度。

在该实施例中，在静压腔12A，12B等中，静压腔12A，12B等是轧辊R的载荷作用于其上的垂直对中的相向静压腔，仅静压腔12A(它的轴承间隙随轧辊R的载荷而增加)等连接到相应的恒压比流动控制阀17，从而保持相应的轴承间隙恒定。然而，也可以将恒压比流动控制阀17连接到轴承间隙减小的静压腔12B等，或者静压腔的所有垂直对，静压腔12A，12B等。也可以不使用恒压比流动控制阀17。另外，尽管在该实施例中增压油通过温度调节单元18从储油罐19供应到静压腔元件12等，这并不是本发明的限制。因而，可以省略温度调节单元18，改变储油罐19为泵40，或直接从泵40供应增压油。

在该实施例中，球轴承26，27用于浮动推力装置25。浮动推力装置25是为了在将轧辊R附接到第一和第二心轴10，11或将轧辊R从第一和第二心轴10，11拆卸时相对于心轴头体30在预定位置处固定第二心轴11的轴向位置，且进行第二心轴11相对于心轴头体30的轴向位置的初始设定。因而，也可以使用多种其他类型的推力轴承取代球轴承26，27，例如静压轴承或滑动轴承。

另外，虽然在该实施例中，用于静压轴承的增压油供应回路16中的增压油用于将浮动推力装置25的球轴承26，27固定到心轴头体30，也可以使用增压空气。此外，在该实施例中，球轴承26，27设计为可通过活塞33，34向前和向后移动，以响应于轧辊R的膨胀和收缩。然而，在由于加工条件轧辊R仅遭受膨胀和收缩之一的情况下，可以设计活塞33，34仅向后或仅向前是可移动的。本领域中普通技术人员应当理解的是，可以对上述实施例进行其他的改变或变型而不偏离其发明构思。尽管本发明能够有利地应用于加工轧辊为需要精密加工的加工产品的轧辊加工装置，该加工产品如轧辊模具，以生产例如用于液晶显示器中的光学薄膜或用于背投影设备的双凸透镜，本发明可广泛地应用于在用彼此相对布置的第一心轴和第二心轴在水平位置支撑且旋转轧辊的同时加工轧辊表面的轧辊加工装置。

Claims (15)

1.一种轧辊加工装置，用于在水平位置支撑且旋转轧辊的同时加工轧辊表面，所述装置包括：

可拆卸地联接到轧辊一端的第一心轴；

第二心轴，在相同轴线上与第一心轴相对布置，可拆卸地联接到轧辊另一端；

第一静压径向轴承，用于接收第一心轴的径向载荷且可旋转地支撑第一心轴；

静压推力轴承，用于接收第一心轴的推力载荷且限制第一心轴的轴向运动；

第二静压径向轴承，用于接收第二心轴的径向载荷且可旋转地支撑第二心轴；以及

浮动推力装置，其包括：

具有缸室和孔的壳体；

推力轴承，所述推力轴承用以接收第二心轴的推力载荷并且与轴承套一起仅在轴向上可移动地插入到所述孔中；

将推力轴承固定到第二心轴的后端的工具；

活塞，可移动地配合到所述孔内，以通过供应到缸室的增压流体在轴向方向上按压推力轴承；以及

开关阀，用于切换供应到缸室的增压流体的流动路径，从而可选地允许活塞操作，用以允许推力轴承的轴向运动或限制推力轴承的轴向运动并将它固定在预定位置处。

2.根据权利要求1所述的轧辊加工装置，其中用于限制活塞的向前运动至前限制位置的台阶部分形成在该孔中，且在前限制位置处的活塞保持推力轴承的轴承套以将推力轴承固定在该预定位置处。

3.根据权利要求2所述的轧辊加工装置，其中活塞包括布置在推力轴承的外部座圈的两侧上的一对活塞，且缸室形成在每个活塞的后侧上。

4.根据权利要求1所述的轧辊加工装置，其中导向销配合到壳体内，导向销用于与推力轴承的轴承套的周边表面接触以允许推力轴承仅以轴向方向移动。

5.根据权利要求1所述的轧辊加工装置，其中浮动推力装置的推力轴承包括球轴承。

6.根据权利要求1所述的轧辊加工装置，其中第一静压径向轴承具有两个静压腔元件，其分别支撑第一心轴的前部和后部，每个静压腔元件包括成垂直和横向对的四个静压腔。

7.根据权利要求1所述的轧辊加工装置，其中第二静压径向轴承具有两个静压腔元件，其分别支撑第二心轴的前部和后部，每个静压腔元件包括成垂直和横向对的四个静压腔。

8.根据权利要求1所述的轧辊加工装置，其中静压推力轴承包括多个静压腔，其布置在形成在第一心轴内的法兰部分的两侧上且与法兰部分形成轴承间隙，增压油供应到该轴承间隙内。

9.根据权利要求6或7所述的轧辊加工装置，其中在第一静压径向轴承和第二静压径向轴承的静压腔元件中，增压油通过流率调节工具供应到由于轧辊载荷引起轴承间隙增加的那些静压腔或轴承间隙减小的那些静压腔。

10.根据权利要求9所述的轧辊加工装置，其中在支撑第一心轴前部的第一静压径向轴承的静压腔元件中，增压油通过流率调节工具供应到上部静压腔以保持轴承间隙恒定，且在支撑第一心轴后部的第一静压径向轴承的静压腔元件中，增压油通过流率调节工具供应到下部静压腔以保持轴承间隙恒定。

11.根据权利要求9所述的轧辊加工装置，其中在支撑第二心轴前部的第二静压径向轴承的静压腔元件中，增压油通过流率调节工具供应到上部静压腔以保持轴承间隙恒定，且在支撑第二心轴后部的第二静压径向轴承的静压腔元件中，增压油通过流率调节工具供应到下部静压腔以保持轴承间隙恒定。

12.根据权利要求9所述的轧辊加工装置，其中用于供应增压油到第一静压径向轴承、第二静压径向轴承和推力轴承的增压油供应回路提供有储油罐，以存储不少于预定量的增压油。

13.根据权利要求10所述的轧辊加工装置，其中用于供应增压油到第一静压径向轴承、第二静压径向轴承和推力轴承的增压油供应回路提供有储油罐，以存储不少于预定量的增压油。

14.根据权利要求12或13所述的轧辊加工装置，其中增压油供应回路进一步提供有温度调节单元，以调节增压油的温度。

15.根据权利要求1所述的轧辊加工装置，其中轧辊被加工成轧辊模具以用于模制光学薄膜或双凸透镜。

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