CN102398214A - 超大型立式磨床用静压工作台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超大型立式磨床用静压工作台，包括工作台底座及上工作台，所述上工作台的中心固定有垂直向下延伸的回转定心主轴，其特征是：所述工作台底座的中心孔处安装有支承所述回转定心主轴的主轴静压径向支承，所述工作台底座与所述回转定心主轴之间设置有力矩伺服电机直驱机构，所述工作台底座与所述上工作台之间安装有远端闭式轴向定位静压系统。本发明将静压系统和驱动系统有机统一，既保证了高刚度，又保证了高精度和高灵敏度，提高了系统的运行精度、刚性和寿命。

Description

超大型立式磨床用静压工作台

技术领域

本发明涉及立式磨床，具体地说是一种超大型立式磨床用静压工作台。

背景技术

随着风力发电行业的快速发展，大型化及向近海、深海发展风电机组为国家产业发展方向。在国内风机厂首次研制5兆瓦风电机组成功后，各风电厂都开始开发大功率风电机组。而5兆瓦及以上机组的超大型回转支承轴承滚道磨削加工就成为了一个急需攻克的难关，这种超大型回转支承轴承滚道直径将近6米，需要6米及以上的高精度的数控立式磨床来加工。

但是，国内外尚无6米及以上成熟的高精度的数控立式磨床。因此，5兆瓦及以上风电机组零件试制初期采用大型立式车床加一磨头方式来加工其滚道，产品精度差，成品率低。其主要原因为立式车床安装加工零件的工作台采用非纯静压结构，主轴回转精度差，台面轴向跳动误差大；传动链通过减速电机+齿轮啮合造成振动大，很难达到产品要求。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供一种回转精度高的超大型立式磨床用静压工作台。

按照本发明提供的技术方案：一种超大型立式磨床用静压工作台，包括工作台底座及上工作台，所述上工作台的中心固定有垂直向下延伸的回转定心主轴，其特征是：所述工作台底座的中心孔处安装有支承所述回转定心主轴的主轴静压径向支承，所述工作台底座与所述回转定心主轴之间设置有力矩伺服电机直驱机构，所述工作台底座与所述上工作台之间安装有远端闭式轴向定位静压系统。

所述工作台底座与所述上工作台之间安装有近端开式轴向辅助支承。

所述远端闭式轴向定位静压系统包括固定在所述工作台底座上的远端闭式静压轴向上支承及远端闭式静压轴向下支承，所述远端闭式静压轴向上支承与所述远端闭式静压轴向下支承分别位于所述上工作台的导轨的上下两侧。

所述力矩伺服电机直驱机构包括力矩电机转子及力矩电机定子等，所述力矩电机转子固定在所述回转定心主轴的下端，所述力矩电机定子安装在定子定位套筒内，由连接板固定，所述定子定位套筒固定在所述工作台底座的底部。

所述力矩电机转子通过转子连接板固定在所述回转定心主轴上，所述转子连接板上设置有迷宫结构。

所述连接板上安装有回转编码器，所述回转编码器的回转定心主轴与所述回转定心主轴相连。

本发明与已有技术相比具有以下优点：本发明将静压系统和驱动系统有机统一，既保证了高刚度，又保证了高精度和高灵敏度，提高了系统的运行精度、刚性和寿命。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中的A处放大图。

图3是图1中的B-B剖视图。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的说明。

图1～图3中，包括上工作台1、远端闭式静压轴向上支承2、远端闭式静压轴向下支承3、工作台底座4、近端开式轴向辅助支承5、主轴静压径向支承6、回转定心主轴7、力矩伺服电机直驱机构8、回转编码器9、管道10、力矩电机转子11、力矩电机定子12、定子定位套筒13、连接板14、编码器连接轴15、转子连接板16、分流器17等。

如图1所示，本发明是一种超大型立式磨床用静压工作台，包括工作台底座4及上工作台1，工作台底座4水平安装在机床床身上。

上工作台1的中心通过螺钉固定有垂直向下延伸的回转定心主轴7，工作台底座4的中心孔处安装有支承回转定心主轴7的主轴静压径向支承6。此支承6为径向闭式导轨，与回转定心主轴7构成主轴定心静压系统，主轴7的径向回转精度来源于该系统。

工作台底座4与上工作台1之间安装有远端闭式轴向定位静压系统。远端闭式轴向定位静压系统包括固定在工作台底座4上的远端闭式静压轴向上支承2及远端闭式静压轴向下支承3，远端闭式静压轴向上支承2与远端闭式静压轴向下支承3分别位于上工作台1的导轨的两侧。当工作台承受的轴向力Fa`发生变化时，该系统能自动进行压力反馈保证承载刚度不变。

由于工作台直径较大，在中心径向静压系统和远端轴向静压系统的中间增加了一套辅助近端开式轴向辅助支承5，近端开式轴向辅助支承5安装在工作台底座4与上工作台1之间。近端开式轴向辅助支承5可以进一步提高工作台的承载刚性及减少由于工作台微量变形引起的油膜厚度的变化。

图3为进油管道的分布图，通过单独的供油系统向每一组系统单独供有压力油，并可分别进行调节。图中，17为分流器，10为管道。

再参见图1，在工作台底座4与回转定心主轴7之间设置有力矩伺服电机直驱机构8。如图2所示，力矩伺服电机直驱机构8包括力矩电机转子11及力矩电机定子12，力矩电机转子11通过转子连接板16固定在回转定心主轴7的下端，转子连接板16上设置有迷宫结构，可防止油外泄到力矩电机上。力矩电机定子12安装在定子定位套筒13内，由连接板14固定，定子定位套筒13固定在工作台底座4的底部。连接板14上安装有回转编码器9，回转编码器9的回转定心主轴7与回转定心主轴7相连。

静压工作台的工作原理如下：液体静压工作台是在两个相对运动面间通过外界供给的压力油使工作台运动面浮起。工作过程中运动面上下油腔中的压力随着外载荷的变化自动调节以平衡外载荷，保证运动面之间始终处于纯液体摩擦状态。

液体静压工作台有如下优点：

1、由于运动副之间是纯液体摩擦，其摩擦系数极小，约为0.0003到0.0006之间，故驱动功率可大大降低。从而提高了运动灵敏度。

2、因系统运动面间充满了压力油，无相互接触，理论上有无限寿命，能长期保持制造精度，减少了维修成本。

3、油膜厚度几乎不受速度的影响，即使在极低速下也不会产生爬行及振动。

4、油膜具有误差均化作用，通常比组成零件的加工精度高得多，因而主轴回转精度可比采用轴承结构高得多。

5、油膜承载能力大，动、静态刚度高，吸振性好，工作运动平稳。

直流力矩电机直驱原理如下：直流力矩伺服电机是一种扁平型多级永磁直流电机，具有软机械特性和宽调速范围的优点。一般其电枢有较多的槽数、换向片数及串联导磁体数，来降低转矩脉动及转速脉动。采用直流力矩电机时其自感电抗很小，响应特性好；输出力矩与输入电流成正比，与转子的速度和位置无关；它可以在接近堵转状态下直联最终执行件，而不需要因低速增加减速过渡装置。所以在负载轴上能产生很高的力矩对惯性比，并能减少由于要使用减速装置而产生的中间误差，提高了系统的运行精度。

本发明中采用一台无框力矩电机，由定子和永磁体动子组成，不包含轴、轴承或者端盖。目的是为了将电机直接集成到工作台主轴的机械结构中（转子直接与旋转轴连接）来优化设计，节省空间，减轻整机重量。无框力矩电机的优点是增加了机械设计需要的刚度（刚性）。由于电机和负载之间没有连接（联轴器，同步带，齿轮、滑轮等），动态特性得到了提高。惯量匹配不再是关键因素，因为现在电机和负载是一个惯性整体了。此外，由于没有机械部分磨损，整个系统的寿命也提高了，维护费用也相应减少。

本发明的工作原理为：上工作台由径向、轴向组合的闭式静压系统通过内部压力油浮起，其浮起量闭式控制及自动反馈以保证回转精度、轴向跳动及刚度。工作台的精确回转驱动由安装在定心主轴上的力矩电机转子通电后产生的强大扭矩力直接驱动；其精确位置通过高精度的回转编码器来实时反馈控制。

本发明将静压系统和驱动系统有机统一，既保证了高刚度，又保证了高精度和高灵敏度，提高了系统的运行精度、刚性和寿命。

本发明具有结构紧凑，精度高，刚性好，加工制造成本较低且较易实施；性能又稳定、精度高以及防水性能好、使用寿命长等特点。

Claims (6)

1.一种超大型立式磨床用静压工作台，包括工作台底座（4）及上工作台（1），所述上工作台（1）的中心固定有垂直向下延伸的回转定心主轴（7），其特征是：所述工作台底座（4）的中心孔处安装有支承所述回转定心主轴（7）的主轴静压径向支承（6），所述工作台底座（4）与所述回转定心主轴（7）之间设置有力矩伺服电机直驱机构（8），所述工作台底座（4）与所述上工作台（1）之间安装有远端闭式轴向定位静压系统。

2.按照权利要求1所述的超大型立式磨床用静压工作台，其特征是：所述工作台底座（4）与所述上工作台（1）之间安装有近端开式轴向辅助支承（5）。

3.按照权利要求1所述的超大型立式磨床用静压工作台，其特征是：所述远端闭式轴向定位静压系统包括固定在所述工作台底座（4）上的远端闭式静压轴向上支承（2）及远端闭式静压轴向下支承（3），所述远端闭式静压轴向上支承（2）与所述远端闭式静压轴向下支承（3）分别位于所述上工作台（1）的导轨的两侧。

4.按照权利要求1所述的超大型立式磨床用静压工作台，其特征是：所述力矩伺服电机直驱机构（8）包括力矩电机转子（11）及力矩电机定子（12），所述力矩电机转子（11）固定在所述回转定心主轴（7）的下端，所述力矩电机定子（12）安装在定子定位套筒（13）内，由连接板（14）固定，所述定子定位套筒（13）固定在所述工作台底座（4）的底部。

5.按照权利要求4所述的超大型立式磨床用静压工作台，其特征是：所述力矩电机转子（11）通过转子连接板（16）固定在所述回转定心主轴（7）上，所述转子连接板（16）上设置有迷宫结构。

6.按照权利要求4所述的超大型立式磨床用静压工作台，其特征是：所述连接板（14）上安装有回转编码器（9），所述回转编码器（9）的回转定心主轴（7）与所述回转定心主轴（7）相连。

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