CN101549461B - 机床圆工作台复合式旋转支承装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机床圆工作台复合式旋转支承装置。包括工作台，旋转主轴，轴向静压支承构件，滚动轴承，其特征是旋转主轴的上部安装有承受轴向载荷的轴向平面环形闭式静压圆导轨支承，旋转主轴的中部安装有承受径向载荷的滚动轴承，二者构成静压与滚动复合式旋转支承；闭式静压圆导轨支承由上压环，安装在上压环下面的中隔环，安装在中隔环下面的下体壳连成一体；上压环的下平面、下体壳的上平面与中隔环组成上、下密封结合面，导轨支承与旋转主轴相对应的承压面上设有静压油腔；滚动轴承是圆柱滚子滚动轴承，或滚动轴承的等效组合。本发明具有承重力大，运动精度高，使用寿命长的优点；且旋转主轴短，结构简单紧凑，制造、使用成本低，维修方便，支承刚性高。

Description

机床圆工作台复合式旋转支承装置

技术领域

本发明涉及机床加工设备，尤其涉及一种机床圆工作台旋转支承结构的改良。

背景技术

现有机床设备圆工作台旋转支承结构形式有多种，有轴向和径向均采用滚动轴承支承，这种形式的圆工作台虽结构简单，但承重小，使用寿命短；还有轴向为滑动支承，径向是滚动轴承的结构形式，其运动精度低，但承重大；有轴向和径向都采用静压轴承支承，使用寿命长，但结构较大，制造成本高，这些支承形式有各自的特点和适用的场合。

分析静压技术支承形式，承受机床圆工作台轴向力的有采用静压导轨技术，目前比较常见的是采用开式静压导轨结构，这种结构只有单面油膜支承，其刚性不及有双面油膜的闭式静压导轨。而闭式静压导轨现在常见的只是用于直线形式的导轨上；径向采用静压轴承支承比较多，从静压支承理论上分析，现有这种技术结构对细微的载荷变化不敏感，会产生工件误差的复印现象，微量变化时刚性不及滚动轴承。与径向采用滚动轴承结构相比，制造成本和维护成本高，且结构体积大。

在滚动轴承使用上，轴向和径向均采用滚动轴承，一般结构都是使用球轴承；有径向单独采用滚动轴承，轴向为滑动导轨的机床圆工作台，其滚动轴承也是采用球轴承或球轴承与其他轴承的组合，这类结构形式的支承刚性都不适应精密机床高刚性的要求。

发明内容

为了解决现有技术中上述不同形式存在的缺陷和不足，随着精密滚动轴承的成熟发展和静压支承技术的深入，本发明提供一种结构紧凑成本低，刚性好承重力大，运动精度高，使用寿命长的机床圆工作台复合式旋转支承装置。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：机床圆工作台复合式旋转支承装置，包括工作台，轴向静压支承构件，旋转主轴，滚动轴承，其特征在于：所述旋转主轴的上部安装有承受轴向载荷的轴向平面环形闭式静压圆导轨支承，旋转主轴的中部安装有承受径向载荷的滚动轴承，二者构成静压与滚动复合式旋转支承；所述闭式静压圆导轨支承由上压环，安装在上压环下面的中隔环，安装在中隔环下面的下体壳连成一体，所述导轨支承在与旋转主轴相对应的承压面上设有油腔。

本发明解决上述方案还可以进一步完善，

作为优选，所述所述中隔环是一个环形体，有上、下二个相互平行的平面，所述平面与环形体的中轴线垂直，并与上压环的上密封结合面、下体壳的下密封结合面组成上、下密封结合面；所述中隔环内孔有卸荷回油槽一。

作为优选，所述下体壳大端外侧的承压面上设有若干个油腔一，所述油腔一分别与静压油路孔一相通；油腔一周边是下油膜承载面，其余外侧承压面是下密封结合面，下油膜承载面与下密封结合面在同一平面上，中间设有分隔槽；所述静压油路孔一与静压供油系统进油管路相连接。

作为优选，所述下体壳的内肩孔内安装有滚动轴承，所述内肩孔与下油膜承载面相垂直，且与下部安装回转工作台驱动机构的通孔同轴。

作为优选，所述下体壳以外径定心，采用螺栓与机床床身连接，下体壳的卸荷回油孔与床身上静压供油系统回油管路相通。

作为优选，所述上压环是一个有上、下二个平行平面的环形体，环形体外径与中隔环外径相适应，内孔有卸荷回油槽，下端面上设有若干个油腔二，所述油腔二分别与静压油路孔二相通，油腔周边是上油膜承载面，其余下端面是上密封结合面，上油膜承载面与上密封面在同一平面上，所述静压油路孔二与静压供油系统进油管路相连接。

作为优选，所述旋转主轴顶部设有定心套，通过定心套与工作台相连接；在工作台与旋转主轴之间设有若干轴向连接孔，采用螺栓将旋转主轴与工作台固定；所述旋转主轴底部装有与圆工作台旋转驱动机构相连接的联轴节。

作为优选，所述闭式静压圆导轨的静压供油系统工作压力为15-80bar。

作为优选，所述滚动轴承是承受径向载荷的圆柱滚子滚动轴承，或滚动轴承的等效组合。

本发明的有益效果是：机床圆工作台旋转支承结构，轴向采用平面环形闭式静压导轨和径向采用圆柱滚子滚动轴承的复合支承装置，替代全滚动轴承或滑动导轨与滚动轴承的形式，具有承重力大，运动精度高，使用寿命长的优点；相比于轴向、径向全静压支承形式，其优点在于旋转主轴短，结构简单紧凑，维修方便，制造和使用成本低；闭式静压圆导轨具有二面油膜支承，相对于开式单面油膜支承的静压圆导轨，有其更大的承载刚性。

附图说明

图1是机床圆工作台复合式旋转支承装置示意图。

图2是静压支承构件下体壳示意图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明的技术方案作进一步具体说明。

实施例：如图1、图2所示机床圆工作台旋转支承装置，旋转主轴5顶面上沉孔处有4只M12螺孔装定心套7，顶面上有6只M16螺孔，藉螺栓8和定心套7与工作台1相连接；旋转主轴5底部端面上装有与圆工作台旋转驱动机构10相连接的联轴节9。

旋转主轴5顶端外径上装有上压环2，大径外侧装有中隔环3；大径两侧面是静压油膜轴向刚性支承面，承受轴向静压支承构件上压环2上油腔二20与下体壳4下油腔一12传递的静压系统压力，这种有二面油腔，即油腔一12、油腔二20，具有双向油膜刚性，形成了旋转主轴5轴向平面环形闭式静压圆导轨支承结构，比开式静压圆导轨支承有更大的承载力，可以承受较大的轴向载荷和颠覆力矩。旋转主轴5中部1：12锥体处，与承受径向载荷的圆柱滚子滚动轴承6相匹配，成为旋转轴径向支承；这样，平面环形闭式静压圆导轨轴向支承，与圆柱滚子滚动轴承的径向支承，构成了机床圆工作台静压与滚动复合式旋转支承。旋转主轴5全长只有全静压轴承支承形式主轴的1/3-1/4左右，相比而言，结构简单紧凑，制造和使用成本低，维修方便，又有承重力大，运动精度高，使用寿命长的优点。

滚动轴承6采用能承较大受径向力的精密双列圆柱滚子滚动轴承，型号：NN3030K/P2，选用圆锥孔型；这种圆锥孔的圆柱滚子滚动轴承，安装时容易调整和设定径向游隙，双列圆柱滚子有很高的径向刚性，这种轴承结构能满足轴向平面静压圆导轨在静压建立前后的微量位移，是球轴承所不具备的条件，是实现复合支承的优势所在。径向采用精密双列圆柱滚子滚动轴承，大大简化了设计结构，减低了生产和使用成本，提高了径向接触刚性，优于径向采用静压轴承结构。

中隔环3是一个平行平面的环形体，两端面是上、下密封结合面18，分别与上压环2和下体壳4的密封面22、18结合，形成油压密封；中隔环3的内孔有卸荷回油槽一19。两端面上有二组18只Φ13.5通孔，是轴向静压支承构件的连接孔；中隔环3是一个双平面的环形体，这种平面环形结构形式，比之其他碟形结构的构件明显进步是调整油膜面的间隙非常方便，只要调整中隔环3的厚度，就能调整上下油膜承载面21、13的间隙，以达到理想的静压参数，而其他碟形结构的静压支承件调整就比较麻烦。

上压环2下端面上有6只等分弧形腰子状油腔二20，油腔二20与静压油路孔23相通，油腔二20周边是上油膜承载面21，其余下端面是上密封面22，且上油膜承载面21与上密封面22在同一平面上，这种结构使加工工艺方便，易于达到表面精度。静压油路孔二23与静压供油系统进油管路27相连接。内孔有卸荷回油槽二24；上压环2上端面有二组18只Φ13.5×Φ20深12沉头通孔，藉M12螺栓件28与中隔环2、下体壳4相连接，组成轴向静压支承构件，使之成为一体。

下体壳4大端11外侧的承压面上有6只等分弧形腰子状油腔一12，油腔一12与静压油路孔一15相通，油腔一12周边是下油膜承载面13，其余外侧承压面是下密封面14，上油膜承载面13与下密封面14在同一平面上，工艺结构合理，使加工方便，易于达到表面精度；中间有分隔槽29，它不仅分隔了油膜承载面和油压密封面，还具有静压油腔的卸荷回油作用；静压油路孔一15与静压供油系统管路27相连接，下体壳4外侧端面上还有二组M12螺孔，是轴向静压支承构件的连接螺孔；下体壳4安装滚动轴承6的内肩孔16，与下油膜承载面13相垂直，且与下体壳4下部的通孔17在同一中心轴线上，有较高的位置精度；通孔17内装旋转工作台的驱动机构10，与联轴节9相配合；下体壳4大端11上有一组18只Φ13.5×Φ20深13沉头通孔，藉M12螺栓件25与床身26相连接，并以件32的外径定心，其卸荷回油孔30与床身上静压供油系统回油管路31相通。

闭式静压圆导轨的静压供油系统工作压力为15-80bar。静压供油系统进油管路27中装有二组PM控制器，每组油腔有对应一只薄膜反馈节流式控制元件。

本发明的机床圆工作台复合式旋转支承装置，在MGKF600高精度数控立轴复合磨床上应用和实施。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明创意作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改补充或采用类似的方式替代，但不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种机床圆工作台复合式旋转支承装置，包括工作台(1)，轴向平面环形闭式静压圆导轨支承，旋转主轴(5)，滚动轴承(6)，其特征在于：所述旋转主轴(5)的上部安装有承受轴向载荷的轴向平面环形闭式静压圆导轨支承，旋转主轴(5)的中部安装有承受径向载荷的滚动轴承(6)，二者构成静压与滚动复合式旋转支承；所述闭式静压圆导轨支承由上压环(2)，安装在上压环(2)下面的中隔环(3)，安装在中隔环(3)下面的下体壳(4)连成一体，所述闭式静压圆导轨支承与旋转主轴(5)相对应的承压面上设有油腔。

2.根据权利要求1所述机床圆工作台复合式旋转支承装置，其特征在于：所述中隔环(3)是一个有上、下二个相互平行平面的环形体，并与上压环(2)的上密封结合面(22)、下体壳(4)的下密封结合面(14)组成上、下密封结合面(18)；所述中隔环(3)内孔有卸荷回油槽一(19)。

3.根据权利要求1或2所述机床圆工作台复合式旋转支承装置，其特征在于：所述下体壳(4)大端(11)外侧的承压面上设有若干个油腔一(12)，所述油腔一(12)分别与静压油路孔一(15)相通；油腔一(12)周边是下油膜承载面(13)，其余外侧承压面是下密封结合面(14)，下油膜承载面(13)与下密封结合面(14)在同一平面上，中间设有分隔槽(29)；所述静压油路孔一(15)与静压供油系统进油管路(27)相连接。

4.根据权利要求3所述机床圆工作台复合式旋转支承装置，其特征在于：所述下体壳(4)的内肩孔(16)内安装有滚动轴承(6)，所述内肩孔与下油膜承载面(13)相垂直，且与下部安装圆工作台驱动机构(10)的通孔(17)同轴。

5.根据权利要求1或2所述机床圆工作台复合式旋转支承装置，其特征在于：所述下体壳(4)以外径(32)定心，采用螺栓(25)与机床床身(26)连接，下体壳(4)的卸荷回油孔(30)与床身上静压供油系统回油管路(31)相通。

6.根据权利要求1或2所述机床圆工作台复合式旋转支承装置，其特征在于：所述上压环(2)是一个有上、下二个平行平面的环形体，环形体外径与中隔环(3)外径相适应，内孔有卸荷回油槽二(24)，下端面上设有若干个油腔二(20)，所述油腔二(20)分别与静压油路孔二(23)相通，油腔二(20)周边是上油膜承载面(21)，其余下端面是上密封结合面(22)，上油膜承载面(21)与上密封结合面(22)在同一平面上，所述静压油路孔二(23)与静压供油系统进油管路(27)相连接。

7.根据权利要求1或2所述机床圆工作台复合式旋转支承装置，其特征在于：所述旋转主轴(5)顶部设有定心套(7)，通过定心套(7)与工作台(1)相连接；在工作台(1)与旋转主轴(5)之间设有若干轴向连接孔，采用螺栓(8)将旋转主轴(5)与工作台(1)固定；所述旋转主轴(5)底部装有与圆工作台旋转驱动机构(10)相连接的联轴节(9)。

8.根据权利要求1或2所述机床圆工作台复合式旋转支承装置，其特征在于：所述闭式静压圆导轨支承的静压供油系统工作压力为15-80bar。

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