CN103862070A - 小型液压振动主轴结构 - Google Patents

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Abstract

一种小型液压振动主轴结构，包括主轴端盖、第一轴承、外壳体、主轴和第二轴承，外壳体内部开有容腔，第一轴承为第一动静压滑动轴承，第二轴承为第二动静压滑动轴承，第一动静压滑动轴承与第二动静压滑动轴承内部开有螺旋油腔，两轴承均有泄漏油槽，泄漏油槽与外壳体回油流道连通；主轴轴套位于第一动静压滑动轴承左端且相互之间存在间隙，主轴轴套的右端和第一动静压滑动轴承左端安装间隙调节套，主轴穿过主轴轴套和间隙调节套；第一动静压滑动轴承的右端与主轴轴套的左端为阶梯孔结构，主轴台肩安装于两个阶梯孔内，通过安装不同厚度的间隙调节套来控制阶梯孔间的距离。本发明振动频率较高、结构简单、稳定性良好。

Description

小型液压振动主轴结构
技术领域
本发明涉及主轴结构，尤其是一种小型液压振动主轴结构。
背景技术
现代机械制造工业不断的向着高精度、高速度、高效率的方向飞速发展，而高精密和超高精密加工机床的外型则不断向大型化和微型化的方向发展。对微小型加工机床的研制过程当中，超精密超高速机床主轴的研制是对整体的研究起到关键性作用。小型机床的高速主轴一般采用滚动轴承技术，随着这项技术的发展，逐渐发展出以陶瓷滚动轴承等各种结构上和材料上的先进新型滚动轴承，但是由于滚动轴承在高速转动时，避免不了接触摩擦，会产生磨损和发热等问题，限制了轴承的使用寿命，转动精度，振动等级和极限转速。在近20年里，液体动静压主轴技术慢慢成为超精密加工机床主轴的主要研究方向。
目前高频振动切削的工艺效果以及对于小深孔加工的独特优势已经得到了国内外专家学者的普遍认可，但是由于超声激振装置价格昂贵，而且存在有时不稳定的现象，故很难在实际中得到推广；低频振动切削同样可以起到改善工艺效果，而且成本低廉，得到了一定的推广使用。而液压式振动装置作为其典型，具有能量利用率高、输出功率大、寿命长、结构简单、运行可靠等特点。但是传统的液压式激振装置也存在着一定的缺陷，使得其在振动切削技术的研究当中受到了极大的限制。
发明内容
为了克服已有小型机床主轴高速转动下，滚动轴承寿命短，精度差的缺点，而且超声振动装置价格昂贵，功率小，稳定性不足，本发明提供一种新型小型液压振动切削主轴结构，该主轴使用动静压轴承作为主轴的支撑部件，采用伺服电机驱动转阀的高频激振阀作为主轴振动的控制阀，该主轴结构的振动频率较高、结构简单、稳定性良好。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种小型液压振动主轴结构，包括主轴端盖、第一轴承、外壳体、主轴和第二轴承，所述外壳体内部开有容腔，所述第一轴承安装于所述外壳体左部，所述主轴端盖与所述外壳体左端连接，所述第二轴承安装于所述外壳体右端，所述主轴依次穿过主轴端盖、第一轴承、容腔和第二轴承并伸出第二轴承，所述第一轴承为第一动静压滑动轴承，所述第二轴承为第二动静压滑动轴承，所述第一动静压滑动轴承与第二动静压滑动轴承内部开有螺旋油腔，两轴承均有泄漏油槽，所述泄漏油槽与外壳体回油流道连通；所述主轴结构还包括主轴轴套和间隙调节套，所述主轴轴套位于第一动静压滑动轴承左端，且所述主轴轴套的右端与第一动静压滑动轴承左端之间存在间隙，所述主轴轴套的右端和第一动静压滑动轴承左端安装间隙调节套，所述主轴穿过所述主轴轴套和间隙调节套；所述第一动静压滑动轴承的右端与所述主轴轴套的左端为阶梯孔结构，所述主轴台肩安装于两个阶梯孔内，通过安装不同厚度的间隙调节套来控制阶梯孔间的距离；
所述第一动静压滑动轴承和第二动静压滑动轴承的进油口与外壳体中的进油流道连通，所述进油通道与所述外壳体的进油口C连通，所述外壳体的进油口C与溢流阀的进油口连接，所述第一动静压滑动轴承与第二动静压滑动轴承的回油口通过所述外壳体下部的回油流道与油箱回油口连接；高频激振阀的出油口A与外壳体第一进出油口A1连接，所述外壳体的第一进出油口A1通过外壳体流道和主轴轴套中的流道与所述主轴台肩左端连通，所述高频激振阀的出油口B和外壳体第二进出油口B1连接，所述外壳体第二进出油口B1通过外壳体流道和第一动静压滑动轴承中的流道与所述主轴台肩右端连通。
进一步，所述主轴结构还包括电机转子、电机定子和电机端盖，所述主轴右端与所述电机转子连接，所述电机定子与所述外壳体右端连接，所述电机端盖与所述电机定子右端连接。更进一步，所述主轴左端开有螺纹孔，用于安装刀具卡头。。
再进一步，所述主轴结构还包括振动控制液压子系统，所述振动控制液压子系统包括泵、高频激振阀、单向阀、溢流阀、减压阀、伺服电机、齿轮增速箱、油箱、第一蓄能器和第二蓄能器，所述伺服电机通过齿轮增速箱与高频激振阀连接，所述高频激振阀的进油口与所述单向阀出油口连接，所述高频激振阀的回油口与所述油箱回油口连接，所述单向阀进油口与所述泵的出油口连接，所述泵通过油过滤器与所述油箱的出油口连接，所述油箱的回油口通过溢流阀与所述高频激振阀的进油口连接，所述第一蓄能器与所述高频激振阀的进油口连接，所述压力表与所述高频激振阀的进油口连接，所述高频激振阀的回油口通过节流口与所述第二蓄能器连接，所述节流口起到背压作用，防止挤压油膜破裂。
所述主轴结构还包括动静压滑动轴承供油子系统，所述动静压滑动轴承子系统包括泵、单向阀和溢流阀，所述溢流阀的进油口与所述单向阀的出油口连接，所述单向阀进油口与所述泵的出油口连接，所述泵通过油过滤器与所述油箱的出油口连接，所述油箱的回油口与溢流阀出油口连接，所述压力表与所述溢流阀的进油口连接。
所述高频激振阀为转阀，所述转阀的阀芯与所述伺服电机的输出轴联动。当然，也可以采用其他类型的高频激振阀。
本发明的有益效果主要表现在：用动静压滑动轴承代替常规的滚动轴承，克服了主轴振动对轴承的影响，延长了轴承使用寿命，设计动压油腔为螺旋型油腔，相比于传统矩形油腔，轴承的动态性能更好，更适用于承载沿周向的不定载荷。采用伺服电机驱动高频激振阀作为主轴振动的控制阀，高频激振阀比起传统的液压激振阀，频率更高，且振动频率能达到1000HZ以上。
附图说明
图1是小型液压振动主轴的示意图。
图2是液压回路的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1和图2，一种小型液压振动主轴，包括主轴机构，所述主轴机构包括主轴端盖19、主轴轴套20、间隙调节套21、第一动静压滑动轴承22、外壳体23、主轴24、第二动静压滑动轴承25、电机转子26、电机定子27和电机端盖30，所述外壳体23内部开有容腔，所述第一动静压滑动轴承22安装于所述外壳体23左部，所述主轴端盖19与所述外壳体23左端连接，所述第二动静压滑动轴承25安装于所述外壳体23右端，所述主轴24依次穿过主轴端盖19、主轴轴套20、间隙调节套21、第一动静压滑动轴承22、容腔和第二动静压滑动轴承25并伸出第二动静压滑动轴承25，
所述第一动静压滑动轴承22与第二动静压滑动轴承25内部开有螺旋油腔，两轴承均有泄漏油槽，所述泄漏油槽与所述外壳体23回油流道连通；所述主轴轴套20位于第一动静压滑动轴承22左端，且所述主轴轴套20的右端与第一动静压滑动轴承22左端之间存在间隙，所述主轴轴套20的右端和第一动静压滑动轴承22左端安装间隙调节套21；所述第一动静压滑动轴承22与所述主轴轴套20为阶梯孔结构，所述主轴20台肩安装于两个阶梯孔内，通过安装不同厚度的间隙调节套21来控制阶梯孔间的距离。
所述主轴24右端与所述电机转子26连接，所述电机定子27与所述外壳体23右端连接，所述电机端盖30与所述电机定子27右端连接；
所述第一动静压滑动轴承22和第二动静压滑动轴承25的进油口与外壳体23中的进油流道连通，所述进油通道与所述外壳体23的进油口C连通，所述外壳体23的进油口C与所述溢流阀17的进油口连接，所述第一动静压滑动轴承22与第二动静压滑动轴承25的回油口通过所述外壳体23下部的回油流道与油箱回油口连接。高频激振阀10的出油口A与外壳体23进出油口A1连接，所述外壳体23的进出油口A1通过外壳体23流道和主轴轴套20中的流道与所述主轴24台肩左端连通，所述高频激振阀10的出油口B和外壳体23进出油口B1连接，所述外壳体23进出油口B1通过外壳体23流道和第一动静压滑动轴承22中的流道与所述主轴24台肩右端连通。
更进一步，所述主轴24左端开有螺纹孔，用于安装刀具卡头。
所述小型液压振动主轴还包括静压滑动轴承供油子系统和振动控制液压子系统，所述振动控制液压子系统包括泵4、高频激振阀10、单向阀5、溢流阀7、减压阀13、伺服电机12、齿轮增速箱11、油箱1、第一蓄能器9和第二蓄能器8，所述伺服电机12通过齿轮增速箱11与高频激振阀10连接，所述高频激振阀10的进油口与所述单向阀5出油口连接，所述高频激振阀10的回油口与所述油箱1回油口连接，所述单向阀5进油口与所述泵4的出油口连接，所述泵4通过油过滤器2与所述油箱1的出油口连接，所述油箱1的回油口通过溢流阀7与所述高频激振阀10的进油口连接，所述第一蓄能器9与所述高频激振阀10的进油口连接，所述压力表6与所述高频激振阀10的进油口连接，所述高频激振阀10的回油口通过节流口与所述第二蓄能器8连接，所述节流口起到背压作用，防止挤压油膜破裂。
所述小型液压振动主轴还包括动静压滑动轴承供油子系统，所述动静压滑动轴承子系统包括泵15、单向阀16和溢流阀17，所述溢流阀17的进油口与所述单向阀16的出油口连接，所述单向阀16进油口与所述泵15的出油口连接，所述泵15通过油过滤器13与所述油箱的出油口连接，所述油箱的回油口与溢流阀17出油口连接，所述压力表18与所述溢流阀17的进油口连接。
所述高频激振阀10为转阀。其阀芯可在伺服电机12的驱动下沿周向高速旋转，高频激振阀10通过这种结构可显著提高油路切换速度，从而大幅度提高高频激振阀10的工作频率。
参照图1和图2，工作时，开启泵15，给动静压滑动轴承供油，使主轴24浮动在外壳体23容腔内，之后开启泵4为高频激振阀10供油，同时对电机转子26通电，带动主轴24进行回转运动，同时开启伺服电机12，它输出的转速经过增速齿轮箱11增速后传递给高频激振阀10阀芯，当高频激振阀10处于左位时，此时高频激振阀10的P口与A口想通，B口与T口相通，即油液经高频激振阀10的P口进入后，从A口进入主轴24台肩左端和主轴轴套20阶梯孔构成的容腔内，，主轴24台肩右端和第一动静压滑动轴承22阶梯孔构成的容腔内的油液经过高频激振阀10B口流回油箱，从而实现主轴24向右运动，高频激振阀10阀芯在转过一定角度时，高频激振阀10的P口与B口想通，A口与T口相通，即油液经高频激振阀10的P口进入后，从B口进入主轴24台肩右端和第一动静压滑动轴承22阶梯孔构成的容腔内，主轴24台肩左端和主轴轴套20阶梯孔构成的容腔内的油液从A口流回油箱，从而实现主轴24向左运动，如此反复驱动主轴24做周期性往复振动。在油路的进油口和回油口均安装了第一蓄能器9和第二蓄能器8，他们的主要作用就是吸收压力脉动，故而能够吸收振动。

Claims (5)

1.一种小型液压振动主轴结构，包括主轴端盖、第一轴承、外壳体、主轴和第二轴承，所述外壳体内部开有容腔，所述第一轴承安装于所述外壳体左部，所述主轴端盖与所述外壳体左端连接，所述第二轴承安装于所述外壳体右端，所述主轴依次穿过主轴端盖、第一轴承、容腔和第二轴承并伸出第二轴承，其特征在于：所述第一轴承为第一动静压滑动轴承，所述第二轴承为第二动静压滑动轴承，所述第一动静压滑动轴承与第二动静压滑动轴承内部开有螺旋油腔，两轴承均有泄漏油槽，所述泄漏油槽与外壳体回油流道连通；所述主轴结构还包括主轴轴套和间隙调节套，所述主轴轴套位于第一动静压滑动轴承左端，且所述主轴轴套的右端与第一动静压滑动轴承左端之间存在间隙，所述主轴轴套的右端和第一动静压滑动轴承左端安装间隙调节套，所述主轴穿过所述主轴轴套和间隙调节套；所述第一动静压滑动轴承的右端与所述主轴轴套的左端为阶梯孔结构，所述主轴台肩安装于两个阶梯孔内，通过安装不同厚度的间隙调节套来控制阶梯孔间的距离；
所述第一动静压滑动轴承和第二动静压滑动轴承的进油口与外壳体中的进油流道连通，所述进油通道与所述外壳体的进油口C连通，所述外壳体的进油口C与溢流阀的进油口连接，所述第一动静压滑动轴承与第二动静压滑动轴承的回油口通过所述外壳体下部的回油流道与油箱回油口连接；高频激振阀的出油口A与外壳体第一进出油口A1连接，所述外壳体的第一进出油口A1通过外壳体流道和主轴轴套中的流道与所述主轴台肩左端连通，所述高频激振阀的出油口B和外壳体第二进出油口B1连接，所述外壳体第二进出油口B1通过外壳体流道和第一动静压滑动轴承中的流道与所述主轴台肩右端连通。
2.如权利要求1所述的小型液压振动主轴结构，其特征在于：所述主轴结构还包括电机转子、电机定子和电机端盖，所述主轴右端与所述电机转子连接，所述电机定子与所述外壳体右端连接，所述电机端盖与所述电机定子右端连接。更进一步，所述主轴左端开有螺纹孔，用于安装刀具卡头。
3.如权利要求1或2所述的小型液压振动主轴结构，其特征在于：所述主轴结构还包括振动控制液压子系统，所述振动控制液压子系统包括泵、高频激振阀、单向阀、溢流阀、减压阀、伺服电机、齿轮增速箱、油箱、第一蓄能器和第二蓄能器，所述伺服电机通过齿轮增速箱与高频激振阀连接，所述高频激振阀的进油口与所述单向阀出油口连接，所述高频激振阀的回油口与所述油箱回油口连接，所述单向阀进油口与所述泵的出油口连接，所述泵通过油过滤器与所述油箱的出油口连接，所述油箱的回油口通过溢流阀与所述高频激振阀的进油口连接，所述第一蓄能器与所述高频激振阀的进油口连接，所述压力表与所述高频激振阀的进油口连接，所述高频激振阀的回油口通过节流口与所述第二蓄能器连接，所述节流口起到背压作用，防止挤压油膜破裂。
4.如权利要求1或2所述的小型液压振动主轴结构，其特征在于：所述主轴结构还包括动静压滑动轴承供油子系统，所述动静压滑动轴承子系统包括泵、单向阀和溢流阀，所述溢流阀的进油口与所述单向阀的出油口连接，所述单向阀进油口与所述泵的出油口连接，所述泵通过油过滤器与所述油箱的出油口连接，所述油箱的回油口与溢流阀出油口连接，所述压力表与所述溢流阀的进油口连接。
5.如权利要求1或2所述的小型液压振动主轴结构，其特征在于：所述高频激振阀为转阀，所述转阀的阀芯与所述伺服电机的输出轴联动。
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