CN101829909B - 无轴高精度静压数控回转工作台 - Google Patents
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Abstract
无轴高精度静压数控回转工作台，该回转工作台采用中空无轴结构，将工作台台面及电机转子分别直接安装在液体静压轴承的轴承转子上；该回转工作台采用直驱电机驱动、旋转编码器反馈和计算机数字控制的实现方式，降低了回转工作台各零件的加工和装配调整难度，提高了回转工作台的精度，同时具有结构紧凑、惯量小、动态性能好及刚性好的特点。所述回转工作台的设计定位精度可达3.5角秒，重复定位精度可达1角秒，分辨率可达0.5角秒，径向刚度可大于4000N/μm，轴向刚度可大于30000N/μm。
Description
技术领域
本发明涉及一种超精密机床应用的数控回转工作台，具体涉及一种无轴高精度静压数控回转工作台。
背景技术
在四轴或五轴联动数控机床中，工件回转工作台要求实现0～360°的连续回转，对于大型数控机床，工件回转工作台还要求具有较大的额定转矩，以保证其能承受自身及工件的载荷并具有良好的动态性能。
传统的工件回转工作台主要采用伺服电机配合齿轮减速机构的驱动方式，由于齿轮减速机构存在传动间隙，很难适应精密机床对回转工作台精度的要求。现有精密工件回转工作台通常采用两种驱动方式，一种是采用伺服电机配合精密蜗轮蜗杆副，另一种是采用直接驱动力矩电机，现有设计方案中，这两种方式都是通过主轴将动力传递给工作台台面的，主轴由轴承支撑定位，为保证其回转精度，要求主轴与轴承配合的圆柱面具有很高的圆柱度和同轴度，同时要求轴承的定位轴肩与所述配合圆柱面具有很高的垂直度，尤其是采用静压轴承时，所述圆柱度、同轴度和垂直度的高低将直接影响气隙或油膜的厚度，进而影响轴承的刚度和主轴的回转精度。在高精度回转工作台中，上述精度要求对主轴的加工及轴系的装配提出了很高的要求，一方面增加了其制造成本，另一方面在一定程度上制约了回转工作台向更高精度的发展。
北京东华精机高新技术有限公司的张向阳等人在其产品DHM-500中设计了一种静压转台结构，该转台采用伺服电机驱动，采用半球面静压轴承和止推轴承组合支撑的方式。半球面静压轴承相对圆柱静压轴承的加工工艺较为复杂，径向刚度较小，该转台的电机转子与转台转子之间通过传动轴连接，如前所述，传动轴所设计的各项加工和装配精度给转台的加工和装配增加了难度，另外，该转台共采用18个油腔，调整起来也较为复杂。(参见《纳米技术与精密工程》，2004年，第2卷，第1期，第54～58页)
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够降低回转工作台各零件的加工和装配调整难度，提高回转工作台的精度，同时具有结构紧凑、惯量小、动态性能好及刚性好的无轴高精度静压数控回转工作台。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括回转工作台固定板以及安装在回转工作台固定板上端的轴承定子，其特点是，轴承定子的内侧设置有轴承径向支撑，轴承轴向上支撑和轴承轴向下支撑分别安装在轴承径向支撑的上、下两端面上，且轴承轴向下支撑位于回转工作台固定板的内侧，在轴承定子上端还设置有分油环盖板，回转工作台固定板下端安装有电机定子固定件，电机定子固定件内侧安装有电机定子，电机定子的外圆与电机定子固定件的内孔配合，电机定子的轴向由电机定子固定件的法兰端面定位并与之固定，电机转子固定件安装在轴承轴向下支撑的下端，电机转子固定件的外侧设置有电机转子，电机转子内孔与电机转子固定件的外圆配合，电机转子的轴向由电机转子固定件的定位台阶定位并与之固定，电机腔盖板安装在电机定子固定件的下端，旋转编码器安装在电机转子固定件下端；回转工作台台面安装在轴承轴向上支撑的上端。
本发明的另一特点是：分油环盖板与轴承定子之间还设置有轴承定子密封垫片；电机定子固定件与回转工作台固定板两者之间采用气封和密封圈双重密封方式；回转工作台固定板可直接安装在机床的滑动工作台滑块上或机床床身上，还可在回转工作台固定板的左右两侧设置油腔，使回转工作台固定板成为静压直线滑台的滑块，使该回转工作台成为滑动及回转功能一体化工作台。
采用上述技术方案，本发明无轴高精度静压数控回转工作台改变了现有的主轴转动设计方案，采用中空无轴结构，采用直驱电机驱动，将工作台台面及电机转子分别直接安装在液体静压轴承的轴承转子上，有效的降低了回转工作台主要零件的加工和装配调整难度，保证了回转工作台的精度和刚度，该回转工作台还配合采用旋转编码器反馈和计算机数字控制的实现方式。该回转工作台还可实现转台滑台一体化结构设计，具有结构紧凑、惯量小、动态性能好及刚性好的特点。所述回转工作台的设计定位精度可达3.5角秒，重复定位精度可达1角秒，分辨率可达0.5角秒，径向刚度可大于4000N/μm，轴向刚度可大于30000N/μm。
附图说明
图1为本发明回转工作台的轴向剖视图；
图2为本发明回转工作台拆去回转工作台台面后的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，本发明包括回转工作台以及安装在回转工作台固定板5上端的轴承定子4，轴承轴向上支撑15和轴承轴向下支撑13分别安装在轴承径向支撑14的上、下两端面上，且轴承轴向下支撑13位于回转工作台固定板5的内侧，轴承轴向上支撑15、轴承轴向下支撑13和轴承径向支撑14三者组成轴承转子，与轴承定子4配合形成液体静压轴承油膜，分油环盖板2安装在轴承定子4上端，两者之间需采用密封垫片3密封；电机定子固定件6安装在回转工作台固定板5下端，两者之间采用气封和密封圈12双重密封方式，电机定子7外圆与电机定子固定件6的内孔配合，其轴向由电机定子固定件6的法兰端面定位并与之固定，电机转子固定件10安装在轴承轴向下支撑13的下端，电机转子11内孔与电机转子固定件10的外圆配合，其轴向由电机转子固定件10的定位台阶定位并与之固定，电机腔盖板9安装在电机定子固定件6的下端，旋转编码器8安装在电机转子固定件10下端；回转工作台台面1安装在轴承轴向上支撑15的上端。
本发明的回转工作台固定板5可直接安装在机床的滑动工作台滑块上或机床床身上，还可在回转工作台固定板5的左右两侧设置油腔，使回转工作台固定板5成为静压直线滑台的滑块，使该回转工作台成为滑动及回转功能一体化工作台。
本发明可应用于四轴或五轴联动高精度数控机床，尤其可应用于所述四轴或五轴联动高精度数控机床的工件回转工作台。采用中空无轴结构，采用直驱电机驱动，将工作台台面及电机转子分别直接安装在液体静压轴承的轴承转子上，有效的降低了回转工作台主要零件的加工和装配调整难度，保证了回转工作台的精度和刚度，该回转工作台还配合采用旋转编码器反馈和计算机数字控制的实现方式。该回转工作台还可实现转台滑台一体化结构设计，具有结构紧凑、惯量小、动态性能好及刚性好的特点。所述回转工作台的设计定位精度可达3.5角秒，重复定位精度可达1角秒，分辨率可达0.5角秒，径向刚度可大于4000N/μm，轴向刚度可大于30000N/μm。
本发明以回转工作台固定板5为装配基础件，按照液体静压轴承——电机——回转工作台台面的顺序依次装配。
液体静压轴承由轴承定子4、轴承径向支撑14、轴承轴向上支撑15、轴承轴向下支撑13、分油环盖板2及密封垫片3组成，以轴承定子4为装配基础件；首先将轴承轴向下支撑13安装到轴承径向支撑14的下端面，以轴承径向支撑14的内孔为基准，调整保证轴承轴向下支撑13的内孔与之同轴，用螺钉将两者紧固；从轴承定子4的下方将轴承径向支撑14装入轴承定子4的内孔；将轴承轴向上支撑15安装到轴承径向支撑14的上端面，保证轴承轴向上支撑15的内孔与轴承径向支撑14的内孔同轴，用螺钉将两者紧固；将分油环盖板2安装到轴承定子4的上端面，两者之间放置密封垫片3，用螺钉将两者紧固。液体静压轴承装配完毕之后，将轴承定子4安装到回转工作台固定板5的上端面上，用螺钉紧固。
电机定子7的外圆与电机定子固定件6的内孔配合，电机定子7通过电机定子固定件6的法兰端面进行轴向定位，用螺钉将两者紧固，将电机定子固定件6安装到回转工作台固定板5的下端面，调整保证电机定子7的内孔与轴承轴向下支撑13的内孔同轴，用螺钉将电机定子固定件6与回转工作台固定板5紧固；电机转子11的内孔与电机转子固定件10的外圆配合，电机转子11通过电机转子固定件10的定位台阶进行轴向定位，用螺钉将两者紧固，调整保证电机转子固定件10的安装法兰内孔与轴承轴向下支撑13的内孔同轴，用螺钉将电机转子固定件10与轴承轴向下支撑13紧固；将旋转编码器8安装到电机转子固定件10的下端，将电机腔盖板9安装到电机定子固定件6的下端，采用螺钉紧固。
将回转工作台台面1安装到轴承轴向上支撑15的上端面，调整保证回转工作台台面1的台阶外圆与轴承轴向上支撑15的外圆同轴，用螺钉将两者紧固。
本发明在分油环盖板2内孔与轴承轴向上支撑15外圆间采用压缩空气密封，在回转工作台固定板5下端面与电机定子固定件6上端面间采用气封和密封圈双重密封，所述气封采用40～50μm的气隙。
本发明所述液体静压轴承采用20～30μm的油膜厚度。
参见图2本发明的回转工作台固定板(5)、轴承定子(4)、分油环盖板(2)均为外轮廓为方形、内孔为圆形的结构。
Claims (5)
1.无轴高精度静压数控回转工作台，包括回转工作台固定板(5)以及安装在回转工作台固定板(5)上端的轴承定子(4)，其特征在于：轴承定子(4)的内侧设置有轴承径向支撑(14)，轴承轴向上支撑(15)和轴承轴向下支撑(13)分别安装在轴承径向支撑(14)的上、下两端面上，且轴承轴向下支撑(13)位于回转工作台固定板(5)的内侧，在轴承定子(4)上端还设置有分油环盖板(2)，回转工作台固定板(5)下端安装有电机定子固定件(6)，电机定子固定件(6)内侧安装有电机定子(7)，电机定子(7)的外圆与电机定子固定件(6)的内孔配合，电机定子(7)的轴向由电机定子固定件(6)的法兰端面定位并与之固定，电机转子固定件(10)安装在轴承轴向下支撑(13)的下端，电机转子固定件(10)的外侧设置有电机转子(11)，电机转子(11)内孔与电机转子固定件(10)的外圆配合，电机转子(11)的轴向由电机转子固定件(10)的定位台阶定位并与之固定，电机腔盖板(9)安装在电机定子固定件(6)的下端，旋转编码器(8)安装在电机转子固定件(10)下端；回转工作台台面(1)安装在轴承轴向上支撑(15)的上端。
2.根据权利要求1所述的无轴高精度静压数控回转工作台，其特征在于：所说的分油环盖板(2)与轴承定子(4)之间还设置有轴承定子密封垫片(3)。
3.根据权利要求1所述的无轴高精度静压数控回转工作台，其特征在于：所说的电机定子固定件(6)与回转工作台固定板(5)两者之间采用气封和密封圈(12)双重密封方式。
4.根据权利要求1所述的无轴高精度静压数控回转工作台，其特征在于：所说的回转工作台固定板(5)直接安装在机床的滑动工作台滑块上或机床床身上。
5.根据权利要求1所述的无轴高精度静压数控回转工作台，其特征在于：所说的在回转工作台固定板(5)的左右两侧设置油腔，使回转工作台固定板(5)成为静压直线滑台的滑块，使该回转工作台成为滑动及回转功能一体化工作台。
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