CN102151853A - 一种立式超精密液体静压电主轴系统 - Google Patents

一种立式超精密液体静压电主轴系统 Download PDF

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梁迎春
孙雅洲
刘海涛
张飞虎
张龙江
陈明君
许乔
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Abstract

一种立式超精密液体静压电主轴系统，它涉及一种静压电主轴系统。本发明为了解决现有的超精密加工机床中，其主轴系统刚度低，电机和主轴间的动力驱动效果差的问题。本发明的轴套上开设环形凹槽，轴套上开设多个轴向回路和多个径向回路，多个轴向回路和多个径向回路相连通，且多个轴向回路和多个径向回路相交于环形凹槽的槽底拐角处，两个第一半环相对套装在轴套上且位于环形凹槽内，油室套与轴套之间形成储油腔，轴套固定安装在轴系支架上，且轴套位于轴系支架内，主轴设置在轴套内，且轴套与主轴之间留有间隙，主轴的上端通过止推板与直流电机系统的输出轴固定连接，主轴的下端与刀盘固定连接。本发明用于立式超精密机床中。

Description

一种立式超精密液体静压电主轴系统
技术领域
本发明涉及一种静压电主轴系统，具体涉及一种立式超精密液体静压电主轴系统。
背景技术
随着航空、航天业的不断发展，对产品稳定性和使用性能的要求越来越高，必须提高产品零件的加工制造精度，迫切需要提高超精密加工技术水平。超精密加工机床是超精密加工领域的核心和关键，超精密加工机床主轴系统则是其关键部件，主轴的精度直接影响到被加工零件的加工精度。因此，超精密主轴系统的设计已经成为超精密加工机床设计的核心技术。对于超精密加工机床主轴主要涉及到两个方面的问题，包括主轴的刚度和回转精度两个方面，因此，高刚度和高回转精度是评价超精密主轴非常重要的技术指标。目前，我国的超精密机床广泛地使用气体静压主轴方式和混合式轴承支撑方式，电机与主轴通过刚性或柔性联轴器进行连接，电机的驱动力和同轴度会对回转精度产生影响。因此，现有的超精密加工机床中，其主轴系统刚度低，电机和主轴间的动力驱动效果差。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的超精密加工机床中，其主轴系统刚度低，电机和主轴间的动力驱动效果差的问题，进而提供一种立式超精密液体静压电主轴系统。
本发明的技术方案是：一种立式超精密液体静压电主轴系统包括直流电机系统、电机支架、轴系支架和刀盘，直流电机系统、电机支架和轴系支架由上至下依次固定连接，一种立式超精密液体静压电主轴系统还包括止推板、轴套、油室套和主轴，轴套的外壁上开设环形凹槽，轴套上开设多个轴向回路和多个径向回路，多个轴向回路和多个径向回路相连通，且每个轴向回路与其相应的径向回路相交于环形凹槽的槽底拐角处，油室套由两个第一半环构成，两个第一半环相对套装在轴套上，且两个第一半环位于环形凹槽内，两个第一半环固装形成油室套，油室套与轴套之间形成储油腔，轴套固定安装在轴系支架上，且轴套位于轴系支架内，主轴设置在轴套内，且轴套与主轴之间留有间隙，主轴的上端通过止推板与直流电机系统的输出轴固定连接，主轴的下端与刀盘固定连接。
本发明与现有技术相比具有以下效果：1.本发明通过利用轴套6与主轴8之间的间隙，放置油膜，液体静压油膜作为超精密主轴的支撑，实现了主轴的高刚度和超精密回转，其轴向刚度可达到4000N/μm，回转精度按目前零件的制造水平，可以达到0.02μm。2.本发明采用直流电机系统作为驱动元件并采用直接驱动的方式，动态效果好，传递效率高。3.本发明适用于多种形式、多种用途的超精密车床、超精密铣床上。4.本发明在同一个轴系上同时实现了高刚度和高精度的超精密的回转和直接驱动。5.本发明结构简单，工作可靠。
附图说明
图1是本发明整体结构的主剖视图；图2是本发明止推板的俯视图；图3是图1在A处的局部放大图；图4是油室套的截面图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种立式超精密液体静压电主轴系统包括直流电机系统1、电机支架2、轴系支架3和刀盘4，直流电机系统1、电机支架2和轴系支架3由上至下依次固定连接，一种立式超精密液体静压电主轴系统还包括止推板5、轴套6、油室套7和主轴8，轴套6的外壁上开设环形凹槽6-1，轴套6上开设多个轴向回路6-2和多个径向回路6-3，多个轴向回路6-2和多个径向回路6-3相连通，且每个轴向回路6-2与其相应的径向回路6-3相交于环形凹槽6-1的槽底拐角处，油室套7由两个第一半环7-1构成，两个第一半环7-1相对套装在轴套6上，且两个第一半环7-1位于环形凹槽6-1内，两个第一半环7-1固装形成油室套7，油室套7与轴套6之间形成储油腔7-1，轴套6固定安装在轴系支架3上，且轴套6位于轴系支架3内，主轴8设置在轴套6内，且轴套6与主轴8之间留有间隙，主轴8的上端通过止推板5与直流电机系统1的输出轴1-1固定连接，主轴8的下端与刀盘4固定连接。
本实施方式的储油腔7-1，不但实现了密封，还提高了液体的静压效果，提高主轴的回转精度。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的直流电机系统1为直流无刷驱动电机系统。如此设置，驱动效果好。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
本实施方式在驱动方面，采用无刷驱动电机作为驱动元件，将无刷驱动电机的转子9直接装在轴上，而将无刷驱动电机的定子10直接装在轴系支架3上，这样就完成超精密液体静压支撑的主轴8。
本实施方式由定子10和转子9构成的直流无刷驱动电机系统1，由于没有电刷，因此这种电机的定子10与转子9之间没有摩擦力矩，直接可以产生旋转扭矩驱动主轴8旋转并进行切削。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的轴套6与主轴8之间的间隙H为4～6μm。如此设置，有效的提高了液体静压油膜的刚度，实现了主轴8的超精密回转。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的主轴8为空心主轴。如此设置，减少重量，惯性小，便于电主轴的快速旋转。其它组成和连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式的每个轴向回路6-2与止推板5和刀盘4相接触的一端开有轴向节流槽6-2-1，每个径向回路6-3与主轴8相接触的一端开有径向节流槽6-3-1。如此设置，将轴向节流槽6-2-1和径向节流槽6-3-1内的油膜做为液体静压轴承的轴向和径向支撑，获得了很高的刚度，由于液体静压轴承具有均化轴和轴套本身精度的效应，使得轴系具有高回转精度，实现了点主轴的高功率、高速度和平稳的驱动。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
本实施方式在使用时，所述多个径向节流槽6-3-1和多个轴向节流槽6-2-1均与供油装置连通，使止推板5的下端面与轴套6的上端面之间形成上止推油膜11，刀盘4的上端面与轴套6的下端面之间形成下止推油膜12，主轴8的外表面与轴套6的内表面之间形成径向油膜13，有效的实现了主轴8的超精密回转。
止推板5和刀盘4与主轴8连接在一起，高压液体经轴向节流槽6-2-1节流后在油膜间隙处形成液体静压膜，高压液体经径向节流槽6-3-1节流后在油膜间隙处形成液体静压膜，支撑主轴及其径向载荷。由于主轴8的轴向和径向都有液体静压膜支撑，使得回转零件(主轴8、止推板5和刀盘4)与轴套6在径向和轴向均不直接接触，形成零件几何误差的均化效应，有效的地提高了主轴的刚度和回转精度。
具体实施方式六：结合图2说明本实施方式，本实施方式的一种立式超精密液体静压电主轴系统还包括多根加强筋5-1，多根加强筋5-1固定安装在止推板5的上端面上。如此设置，使止推板5的刚度提高、重量减轻，有效的提高了主轴8的节流效果，提高主轴的刚度。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、四或五相同。
具体实施方式七：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的止推板5的直径D为Φ400mm-Φ500mm。如此设置，便于实现大止推平面。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、四或五相同。

Claims (7)

1.一种立式超精密液体静压电主轴系统，它包括直流电机系统(1)、电机支架(2)、轴系支架(3)和刀盘(4)，直流电机系统(1)、电机支架(2)和轴系支架(3)由上至下依次固定连接，其特征在于：一种立式超精密液体静压电主轴系统还包括止推板(5)、轴套(6)、油室套(7)和主轴(8)，轴套(6)的外壁上开设环形凹槽(6-1)，轴套(6)上开设多个轴向回路(6-2)和多个径向回路(6-3)，多个轴向回路(6-2)和多个径向回路(6-3)相连通，且每个轴向回路(6-2)与其相应的径向回路(6-3)相交于环形凹槽(6-1)的槽底拐角处，油室套(7)由两个第一半环(7-1)构成，两个第一半环(7-1)相对套装在轴套(6)上，且两个第一半环(7-1)位于环形凹槽(6-1)内，两个第一半环(7-1)固装形成油室套(7)，油室套(7)与轴套(6)之间形成储油腔(7-1)，轴套(6)固定安装在轴系支架(3)上，且轴套(6)位于轴系支架(3)内，主轴(8)设置在轴套(6)内，且轴套(6)与主轴(8)之间留有间隙，主轴(8)的上端通过止推板(5)与直流电机系统(1)的输出轴(1-1)固定连接，主轴(8)的下端与刀盘(4)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种立式超精密液体静压电主轴系统，其特征在于：直流电机系统(1)为直流无刷驱动电机系统。
3.根据权利要求1或2所述的一种立式超精密液体静压电主轴系统，其特征在于：轴套(6)与主轴(8)之间的间隙(H)为4～6μm。
4.根据权利要求3所述的一种立式超精密液体静压电主轴系统，其特征在于：主轴(8)为空心主轴。
5.根据权利要求1所述的一种立式超精密液体静压电主轴系统，其特征在于：每个轴向回路(6-2)与止推板(5)和刀盘(4)相接触的一端开有轴向节流槽(6-2-1)，每个径向回路(6-3)与主轴(8)相接触的一端开有径向节流槽(6-3-1)。
6.根据权利要求1、2、4或5所述的一种立式超精密液体静压电主轴系统，其特征在于：一种立式超精密液体静压电主轴系统还包括多根加强筋(5-1)，多根加强筋(5-1)固定安装在止推板(5)的上端面上。
7.根据权利要求1、2、4或5所述的电流辅助柔性压辊拉形钛合金的装置，其特征在于：止推板(5)的直径(D)为Φ400mm-Φ500mm。
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