CN102039527A - 控制浮起量的开式静压回转工作台及其制造方法 - Google Patents

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控制浮起量的开式静压回转工作台及其制造方法，其特征在于转台体下部圆柱与大齿圈的内孔同轴基孔制间隙配合，大齿圈与工作台落在滑座上，具有较高平面度和粗糙度的大齿圈底面与滑座上表面的静压油腔组成液体静压导轨副；定心结构上附加的轴向推力轴承结构，为工作台静压导轨提供预载荷，按照设计要求正确装配、磨削大齿圈下表面达平面精度，同时采用配研刮削滑座静压油腔上表面保证上下静压导轨配合精度。本发明在一般的定心轴结构基础上增加了推力轴承结构，一方面有效控制了开式静压转台的浮起量，同时也有效控制了液体静压导轨副的初始预负荷，增加了油膜刚性，提高了开式静压转台的运动平稳性、运动精度及抵抗偏载能力。

Description

控制浮起量的开式静压回转工作台及其制造方法
技术领域
本发明涉及机械制造设备中，重型机床开式静压回转工作台及其回转定心轴结构。
技术背景
现代数控机床的发展越来越趋向于高速、高精、重载，而作为重型机床的关键附件-回转工作台，同样面临向重型发展的要求。作为实现数控回转工作台回转运动的导轨副及轴承结构部分的结构性能，对于保证工作台运动精度、性能指标起着重要作用。基于液体静压原理的静压导轨结构形式由于具有承载能力高、摩擦系数极小、刚性大、精度保持性好等诸多优点，因此被越来越多应用到机床产品设计中。特别是大、中型数控机床，由于用户对机床回转工作台的承载能力、转速等要求越来越高，所以能提升承载能力、减小摩擦系数的静压结构成为了首选。开式静压导轨副结构由于其制造简单，成本相对较低，目前，被广泛应用在大、中型数控机床应用静压原理的回转工作台结构中。传统的开式静压导轨转台结构一般只设计成单方向承载形式-即以液体静压介质形成与工件载荷方向相反的导轨支撑，其静压方式以定压式静压为主；缺点是静压浮起量随外载荷变化而变化较大，油膜刚性差，静压导轨油膜生成困难。因此具有开式静压导轨应用的关键是要解决静压浮起量的控制问题，以及油膜刚性控制问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种开式静压回转工作台及其制造方法，解决了工作台的定心问题，同时很好地控制了工作台静压浮起量，提高了工作台的油膜刚性。
控制浮起量的开式静压回转工作台，包括工作台回转轴定心结构、液压浮动夹紧器、回转驱动装置以及液压供油的多头泵，其特征在于工作台转台体下部圆柱与大齿圈的内孔采用同轴基孔制间隙配合，将大齿圈固定在工作台上并共同落在滑座上，在大齿圈凸出工作台的空隙中间隔地设置液压浮动夹紧器，滑座上表面的静压油腔与定量式多头泵的出油管连通；具有较高平面度和粗糙度的大齿圈底面与滑座上表面的静压油腔组成液体静压导轨副；回转定心轴安装在滑座的中心部，定心轴与工作台中心孔采用基孔制配合，定心轴外周置下隔圈、上隔圈，盘片式弹簧与双列圆柱滚子轴承之间安置轴向推力圆柱轴承，由螺栓向下穿过端盖、盘片式弹簧及分配环使之与定心轴大径上端锁紧，实现定位；齿轮减速箱安装在滑座侧面，其上的两个齿轮与大齿圈啮合，驱动工作台回转；定心轴上部安装圆光栅，实现工作台圆周回转闭环测量。
制造方法：具有较高平面度和粗糙度的大齿圈底面的制造：组合磨削方式保证工作台大齿圈下表面静压导轨单件精度，同时采用配研刮削滑座静压油腔上表面保证上下静压导轨配合精度，工作台转台体下部用作定位的圆柱部分厚度要小于大齿圈的厚度，并且在紧固螺钉和圆锥销的沉孔部分用铜堵过盈配合塞紧后，整体磨削加工，实现大齿圈下表面的较高平面度，以及大齿圈下表面与工作台台面的平行度；按照静压导轨稳定运动的要求可通过弹簧与端盖之间预留间隙的大小对静压导轨刚性进行调整；工作台回转中心定心结构上附加的轴向推力圆柱轴承通过盘片式弹簧与端盖之间预留的这一间隙为工作台提供向下的预载荷，同时按照设计要求正确装配、调整工作台回转定心轴承结构和附加的轴向推力轴承结构的预紧力及精度并保证工作台静压浮起后的浮起量；同时通过调整下隔圈的轴向宽度以调整双列圆柱滚子轴承的径向游隙，使其达到理想的预载荷及旋转精度。
在本发明中，为解决传统开式静压回转工作台承载能力差、摩擦力大难于高速回转的问题，应用了定量式静压原理。为了解决传统开式静压回转台承受偏载能力差、浮起高度不受控制的问题，则在一般的作为回转定心的定心轴结构基础上增加了推力轴承结构，推力轴承结构一方面有效控制了开式静压转台的浮起量，同时也有效承载了液体静压导轨副的初始预负荷，增加了油膜刚性，提高了开式静压转台的运动平稳性、运动精度及抵抗偏载能力。同样当工作台承受偏载时，根据上述所述的油压的自动调节功能作用，工作台局部偏载部分所对应的工作台静压导轨部分的泄油压力与正常载荷部分的泄油压力不同，以此平衡偏载部分的载荷，使工作台受力始终处于平衡状态，使其受到的影响很小。
附图说明
图1是开式静压回转台去掉工作台时的布置示意图；
图2是开式静压回转台静压结构剖面示意图；
图3是开式静压回转台定心结构剖面示意图；
图4是图3中端盖与盘式弹簧结构中的放大图。
具体实施方式
控制浮起量的开式静压回转工作台，装备在重型数控回转工作台上，包括工作台回转轴定心结构，如图3所示、液压浮动B轴夹紧器15、回转驱动齿轮箱16、静压板17以及液压供油的多头泵，重点在于它的静压导轨副结构和其配合的回转定心轴结构，其特征在于工作台转台体1下部圆柱与大齿圈2的内孔采用同轴基孔制间隙配合，见图2，同时将大齿圈2用内六角螺钉紧固在工作台上，并用两个圆柱销进行定位，保证工作台与大齿圈2同轴，再将工作台和大齿圈2共同落在滑座3上，滑座3上表面有静压板17，静压油腔与定量式多头泵的出油管连通，具有较高平面度和粗糙度的大齿圈2底面与滑座3上表面的静压油腔组成液体静压导轨副；见图1，在大齿圈2凸出工作台的空隙中间隔地设置液压浮动B轴夹紧器15，液压浮动夹紧器的上、下部安置在大齿圈的上方和下方，每个夹紧器有六个活塞；定心轴上部安装圆光栅，实现工作台圆周回转闭环测量。齿轮减速箱16安装在滑座侧面，其上的两个齿轮与大齿圈啮合，驱动工作台回转。这样在大齿圈2受驱动齿轮箱16的驱动带着工作台回转时有效的避免了径向力的产生，防止了齿圈与工作台形成相对运动，保证了工作台回转的定位精度。
制造方法：为了保证工作台与滑座3上表面接触时的平面度和粗糙度，工作台下部用作定位的转台体1圆柱厚度要小于大齿圈2的厚度，并且在紧固螺钉和圆锥销的沉孔部分用铜堵采用过盈配合塞紧后，经过整体的磨削加工，来保证大齿圈2下表面的平面度，以及大齿圈2下表面与工作台台面的平行度。将大齿圈2固定在工作台转台体1上共同落在滑座3上后，具有较高平面度和粗糙度的大齿圈2下表面将与滑座3上加工有静压油腔的静压板17上表面组成导轨副。
结合图3说明工作台回转定心结构的设置：回转定心轴4安装在滑座3的中心部，定心轴4与工作台中心孔采用基孔制配合。下隔圈5置于定心轴4外周台肩处，双列圆柱滚子轴承6的内环7位于下隔圈5轴向上端面、定心轴4外径渐进缩小的外壁段，定心轴4外壁等径段安置上隔圈9、定心轴4小径外台肩处安置轴承油润滑周向分配环10，其上有盘片式弹簧12的近内孔部分，盘片式弹簧12的外周下部与双列圆柱滚子轴承6的外环8之间安置轴向推力圆柱轴承11，盘片式弹簧12上面置端盖13，由螺栓14穿过端盖13、盘片式弹簧12及分配环10使之与定心轴4等径段上端锁紧，实现定位。
制造方法
按照静压导轨稳定运动的要求，例如设计为一台承载65吨、3000×3000规格的工作台静压导轨稳定油膜厚度在0.04-0.06mm之间，因此设定弹簧12与端盖13之间预留间隙为0.05mm。
端盖13与盘片式弹簧12的形状及结构：端盖13和盘片式弹簧12均为圆环片状，上表面均为平面，并在靠内径侧有透孔，各自上表面均为平面、下表面中部均有凹缺；端盖13的凹缺在中部深、由1/3处至外缘部位缺失浅薄；盘片式弹簧12下表面的凹缺由外缘2/7处至内径，而其内径至透孔壁外周的凹缺少于中部；端盖13在上、盘片式弹簧12在下将内孔套在定心轴4上部台肩小外径上，端盖13外缘部位缺失与盘片式弹簧12上表面形成间隙。通过调节螺栓14将位于高精度轴向推力圆柱轴承11上方的盘片式弹簧12与端盖13之间预留的间隙调整至0.05mm，即为工作台转台体1提供向下的预载荷，与工作台受到滑座上静压导轨提供的向上的浮起静压力共同形成稳定的静压浮起运动，并固定在这一范围之内。
同时通过调整下隔圈5的厚度，来改变双列圆柱滚子轴承6的内环7的轴向位置以调整双列圆柱滚子轴承6的径向游隙，使其达到轴承样本上规定的预载荷及旋转精度。调整时撤去双列圆柱滚子轴承6的外环8，使用量程满足此轴承调整的GN量规作为双列圆柱滚子轴承6的轴承游隙测量装置，磨削下隔圈5的厚度逐渐减小双列圆柱滚子轴承6的径向游隙、增大预紧力，以达到轴承样本上规定的设计预紧力量值为准，完成双列圆柱滚子轴承6的定心调整。工作台转台体1受到的外载荷发生改变时(增大或减小)，静压导轨油膜厚度相应将发生变化(减小或增大)，进而导致泄油阻力改变(增大或减小)，即泄油压力改变(增大或减小)，实现油压自动平衡，以此来平衡工作台载荷变化部分，实现工作台1受到的外载荷发生变化时始终是处于静压平衡状态。
当静压浮起时，推力轴承11会随着工作台转台体1同时向上移动，此时盘片式弹簧12受到静压托举力，外周边会产生向上的弹性变形，而端盖13采用优质碳素结构钢材质，具有高刚性，在结构设计上外周边低于内周边0.05mm，此间隙便限制了盘片式弹簧12外周边的变形量，同时也限制了静压浮起量。

Claims (7)

1.控制浮起量的开式静压回转工作台，包括工作台回转轴定心结构、液压浮动夹紧器、回转驱动装置以及液压供油的多头泵，其特征在于工作台转台体下部圆柱与大齿圈的内孔采用同轴基孔制间隙配合，将大齿圈固定在工作台转台体上并共同落在滑座上，在大齿圈凸出工作台的空隙中间隔地设置液压浮动夹紧器，滑座上表面的静压油腔与定量式多头泵的出油管连通；具有较高平面度和粗糙度的大齿圈底面与滑座上表面的静压油腔组成液体静压导轨副；回转定心轴安装在滑座的中心部，定心轴与工作台转台体中心孔采用基孔制配合，定心轴外周置下隔圈、上隔圈，盘片式弹簧与双列圆柱滚子轴承之间安置轴向推力圆柱轴承，由螺栓向下穿过端盖、盘片式弹簧及分配环使之与定心轴大径上端锁紧，实现定位；齿轮减速箱安装在滑座侧面，其上的两个齿轮与大齿圈啮合，驱动工作台回转；定心轴上部安装圆光栅，实现工作台圆周回转闭环测量。
2.根据权利要求1所述的控制浮起量的开式静压回转工作台，其特征在于工作台回转定心结构的设置：回转定心轴(4)安装在滑座(3)的中心部，定心轴(4)与工作台中心孔采用基孔制配合，下隔圈(5)置于定心轴(4)外周台肩处，双列圆柱滚子轴承(6)的内环(7)位于下隔圈(5)轴向上端面、定心轴(4)外径渐进缩小的外壁段，定心轴(4)外壁等径段安置上隔圈(9)、定心轴(4)小径外台肩处安置轴承油润滑周向分配环(10)，其上有盘片式弹簧(12)的近内孔部分，盘片式弹簧(12)的外周下部与双列圆柱滚子轴承(6)的外环(8)之间安置轴向推力圆柱轴承(11)，盘片式弹簧(12)上面置端盖(13)，由螺栓(14)穿过端盖(13)、盘片式弹簧(12)及分配环(10)使之与定心轴(4)等径段上端锁紧，实现定位。
3.根据权利要求1所述的控制浮起量的开式静压回转工作台，其特征在于端盖13与盘片式弹簧(12)的形状及结构：端盖(13)和盘片式弹簧(12)均为圆环片状，上表面均为平面，并在靠内径侧有透孔，各自上表面均为平面、下表面中部均有凹缺；端盖(13)的凹缺在中部深、由1/3处至外缘部位缺失浅薄；盘片式弹簧(12)下表面的凹缺由外缘2/7处至内径，而其内径至透孔壁外周的凹缺少于中部；端盖(13)在上、盘片式弹簧(12)在下将内孔套在定心轴(4)上部台肩小外径上，端盖(13)外缘部位缺失与盘片式弹簧(12)上表面形成间隙。
4.一种制造权利1控制浮起量的开式静压回转工作台的方法，其特征在于具有较高平面度和粗糙度的大齿圈(2)底面的制造：组合磨削方式保证工作台大齿圈下表面静压导轨单件精度，同时采用配研刮削滑座静压油腔上表面保证上下静压导轨配合精度，工作台转台体(1)下部圆柱与大齿圈(2)的内孔采用基孔制间隙配合，同时将大齿圈(2)用内六角螺钉紧固在工作台上，并用两个圆柱销进行定位；工作台转台体(1)下部用作定位的圆柱部分厚度要小于大齿圈的厚度，并且在紧固螺钉和圆锥销的沉孔部分用铜堵采用过盈配合塞紧后，整体磨削加工，实现大齿圈下表面的较高平面度，以及大齿圈下表面与工作台台面的平行度。
5.一种制造权利1所述控制浮起量的开式静压回转工作台的方法，其特征在于开式静压转台的回转定心轴结构：回转定心轴(4)安装在工作台滑座(2)的中心部，定心轴(4)与工作台中心孔采用基孔制配合，通过调整下隔圈(5)的轴向宽度，来调整双列圆柱滚子轴承(6)的径向游隙，使其达到设计参数范围预载荷及旋转精度，实现定心；按照静压导轨稳定运动的要求可通过弹簧与端盖之间预留间隙的大小对静压导轨刚性进行调整；工作台回转中心定心结构上附加的轴向推力圆柱轴承通过盘片式弹簧与端盖之间预留的这一间隙为工作台提供向下的预载荷，同时按照设计要求正确装配、调整工作台回转定心轴承结构和附加的轴向推力轴承结构的预紧力及精度并保证工作台静压浮起后的浮起量；同时通过调整下隔圈(5)的轴向宽度以调整双列圆柱滚子轴承(6)的径向游隙，使其达到设计参数范围预载荷及旋转精度。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于定心调整：磨削下隔圈(5)的高度逐渐减小双列圆柱滚子轴承(6)的径向游隙，以达到轴承样本上规定的预紧力量值为准；调整时撤去双列圆柱滚子轴承(6)的外环(7)，使用量程满足此轴承调整的GN量规作为双列圆柱滚子轴承(6)的轴承游隙测量装置，完成双列圆柱滚子轴承(6)的定心调整。
7.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于给液体静压提供预载荷的轴向圆柱滚子推力轴承结构：按照静压导轨稳定运动的要求，当设计工作台静压导轨稳定油膜厚度在0.04-0.06mm之间时，设定弹簧(12)与端盖(13)之间预留间隙为0.05mm；通过调节螺栓(14)将位于高精度轴向推力圆柱轴承(11)上方的盘片式弹簧(12)与端盖(13)之间预留的间隙调整至0.05mm，即为工作台(1)提供向下的预载荷，与工作台受到滑座上静压导轨提供的向上的浮起静压力高度相同，共同形成稳定的静压浮起运动，并固定在同一范围之内。
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