CN104174877A - 用于机床的超精密水静压主轴结构的设计 - Google Patents

用于机床的超精密水静压主轴结构的设计 Download PDF

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刘红兵
李金明
焦尚才
赵建强
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Abstract

本发明公开了一种用于机床的超精密水静压主轴结构的设计，前径向浮动轴承和后径向浮动轴承支撑在主轴箱体内，前径向浮动轴承和前端面浮动轴承连接，后径向浮动轴承和后端面浮动轴承连接；前气密封环和前密封板连接，后气密封环和后密封板连接；前端面浮动轴承在前径向浮动轴承内与活塞连接；以及主轴内含有液体。利用本发明的用于机床的超精密水静压主轴结构的设计，可以解决现有技术中的机床设备的主轴主要靠轴承机械支撑和机械磨损严重的问题，可以有效地防止随着加工时间增长主轴旋转的平稳性变差情况的发生，使产品的加工精度和合格率得到提高，从而进一步显著地提高了生产效率及降低了生产成本。

Description

用于机床的超精密水静压主轴结构的设计
技术领域
本发明涉及机械技术领域，具体而言，涉及一种用于机床的超精密水静压主轴结构的设计。
背景技术
随着科学技术的发展，各种机床设备的需求量日益增大，对机床设备精度要求也越来越高，靠传统的手工或半自动的操作方法无法满足当今科学技术的发展的需求。车、铣、磨等机床设备在产品的精密加工过程中，主轴旋转的平稳性及主轴磨损程度决定产品的加工精度，而现有技术中的机床设备的主轴主要靠轴承机械支撑，存在着机械摩擦磨损严重，随着加工时间增长，主轴旋转的平稳性变差，产品的加工精度会和合格率会随之下降，生产成本也会进一步增加等问题。
因此，目前用于机床的主轴仍有待改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种用于机床的超精密水静压主轴结构的设计。
本发明提出了一种用于机床的超精密水静压主轴结构的设计，根据本发明实施例，主轴的前径向浮动轴承和后径向浮动轴承支撑在主轴箱体内，所述前径向浮动轴承和前端面浮动轴承连接，所述后径向浮动轴承和后端面浮动轴承连接；前气密封环和前密封板连接，后气密封环和后密封板连接；所述前端面浮动轴承在所述前径向浮动轴承内与活塞连接；以及所述主轴内含有液体。
利用根据本发明实施例的用于机床的超精密水静压主轴结构的设计，可以解决现有技术中的机床设备的主轴主要靠轴承机械支撑和机械磨损严重的问题，可以有效地防止随着加工时间增长，主轴旋转的平稳性变差情况的发生，使产品的加工精度和合格率得到提高，从而进一步显著地提高了生产效率及降低了生成成本。
根据本发明的一些实施例，上述用于机床的超精密水静压主轴结构的设计还可以具有下列附加技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述液体为水溶液。由此，在该液体中，使径向浮动轴承与前、后端面水浮轴承同时作用，既可以支撑主轴旋转，又可以对主轴的轴向约束，保证主轴旋转的平稳性。另外所用液体非常容易获得，从而使本发明的技术方案更加容易实施和推广。
根据本发明的一个实施例，所述后密封板上安装有小孔节流器。由此，小孔节流器可以有效地控制各个静压腔和活塞的压力，方便了主轴的安装和调试。
根据本发明的一个实施例，进一步包括：所述后端面浮动轴承与后锁紧螺母组合，并与电机定子连接，电机定子压环将所述电机定子安装在电机定子安装罩内，所述电机定子安装罩的一端与后盖固定，所述电机定子安装罩的另一端与后密封板连接；电机转子通过前锁紧螺母与动平衡盘固定。由此，即可以有效驱动主轴，又可以保证主轴旋转的平稳性，有利于提高加工精确度，进一步可以高效率地用于加工产品。
根据本发明的一个实施例，进一步包括：弹簧销上套有弹簧和粗刀盘并与所述前端面浮动轴承连接，粗刀安装在所述粗刀盘上；刀具定位销将精刀固定块和精刀固定在所述前端面浮动轴承前端面上，所述精刀与所述粗刀分别有对应配重块。由此，在加工产品时可以选择精切削和粗切削两套加工方案，使加工精度可以达到1～2μm，无需研磨，表面粗糙度Ra可以达到0.01μm，从而既可以使产品种类更加丰富化，增加产品卖点，又可以提高生产效率，防止材料浪费。
根据本发明的一个实施例，所述前径向浮动轴承、所述后径向浮动轴承和所述主轴箱体构成一体。
根据本发明的一个实施例，所述前气密封环、所述后气密封环、所述前密封板及所述后密封板构成一体。
根据本发明的一个实施例，所述主轴材料优选沉淀硬化不锈钢630。由此，630不锈钢是沉淀、淬水、马氏体的不锈钢，和这个等级具有高强度、硬度和抗腐蚀等特性。经过热处理后，产品的机械性能更加完善，可以达到高达1100-1300mpa(160-190ksi)的耐压强度。它对大气、稀释酸及盐等都具有良好的抗腐蚀能力，它的抗腐蚀能力与304和430一样。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的用于机床的超精密水静压主轴结构的设计的主轴结构示意图。
附图标记：
1主轴箱体；2前端面浮动轴承；3前径向浮动轴承；4后径向浮动轴承；5前气密封环；6后端面浮动轴承；7前密封板；8活塞；9粗刀盘；10刀具定位销；11精刀固定块；12精刀；13粗刀；14弹簧销；15弹簧；16配重块；17O型圈；18后锁紧螺母；19后气密封环；20后密封板；21电机定子安装罩；22电机定子；23电机转子；24转子涨紧套；25后盖；26电机定子压环；27动平衡盘；28前锁紧螺母。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“卸载”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明提出了一种用于机床的超精密水静压主轴结构的设计，该主轴内含有液体，前径向水浮轴承3和后径向浮动轴承4内分别布置四个静压腔支撑在主轴箱体1内，前径向浮动轴承3和前端面浮动轴承2连接，后径向浮动轴承4和后端面浮动轴承6连接；前气密封环5和前密封板7连接，后气密封环19和后密封板20连接；前端面浮动轴承2在前径向浮动轴承3内与活塞8连接。在使用时，先给主轴内通入液体，在浮力作用下，促使前径向浮动轴承3和后径向浮动轴承4以及前端面浮动轴承2和后端面浮动轴承6同时作用，可以有效地支撑主轴，并形成对主轴的轴向约束，从而保证主轴旋转的平稳性，进一步可以保证机床在生产加工零部件的精密度。
根据本发明实施例的用于机床的超精密水静压主轴结构的设计，与现有技术的用于机床的主轴相比，主轴不用靠轴承机械支撑，机械磨损更小，可以有效地防止随着加工时间增长，主轴旋转的平稳性变差情况的发生，使零部件的精密加工精度能够达到要求，产品合格率得到提高，从而进一步显著地提高了生产效率及降低了生成成本。
根据本发明的实施例，主轴所含的液体种类不受特别限制。例如，根据本发明的一些实施例，优选液体为水溶液。当然，相关技术人员也可以加入其它添加剂，而使主轴所含的液体具有更多功能，在此不予赘述。
根据本发明的实施例，可选地，后密封板20上安装有小孔节流器。由此，小孔节流器可以有效地控制各个静压腔和活塞的压力，方便了主轴的安装和调试。
如图1所示，根据本发明的实施例，主轴进一步包括：后端面浮动轴承6与后锁紧螺母18组合，并与电机定子22连接，电机定子压环26将电机定子22安装在电机定子安装罩21内，电机定子安装罩21的一端与后盖25固定，电机定子安装罩21的另一端与后密封板20连接，电机转子23连接有转子涨紧套24；电机转子23通过前锁紧螺母28与动平衡盘27固定。在工作时，电机定子22和电机转子23驱动主轴旋转，后锁紧螺母18根据轴向负载及加工误差调整合适的后端面水浮轴承6与径向水浮轴承4之间的间隙。由此，既可以有效驱动主轴，又可以防止机械磨损，并且能够保证主轴旋转的平稳性，有利于提高产品加工的精确度，进一步可以高效率地用于加工产品。
如图1所示，根据本发明的实施例，主轴进一步包括：弹簧销14上套有弹簧15和粗刀盘9并与前端面浮动轴承2连接，粗刀13安装在粗刀盘9上；刀具定位销10将精刀固定块11和精刀12固定在前端面浮动轴承2前端面上，并且，精刀12粗刀13配有重块16。在工作时，当给活塞8右端供水，活塞8推动粗刀盘9，使安装在粗刀盘9上的粗刀13凸出于精刀12，从而可以进行粗切削；当切断活塞8右端水源，弹簧销14压缩弹簧15使粗刀盘9向左移动恢复原位，此时粗刀13低于精刀12，从而可进行精切削。
根据本发明的一些实施例，主轴材料为沉淀硬化不锈钢630。由此，630不锈钢是沉淀、淬水、马氏体的不锈钢，这个等级具有高强度、硬度和抗腐蚀等特性，经过热处理后，主轴的机械性能更加完善，可以达到高达1100～1300mpa(160～190ksi)的耐压强度，对大气、稀酸及盐都具有良好的抗腐蚀能力。
参考图1，进一步地，还可以根据用户不同需求及零件加工的难易度，也可以把前径向水浮轴承3、后径向水浮轴承4和主轴箱体1做成一体式，还可以把前气密封环5、后气密封环19、前密封板7及后密封板20做成一体式。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种用于机床的超精密水静压主轴结构的设计，其特征在于，前径向浮动轴承和后径向浮动轴承支撑在主轴箱体内，所述前径向浮动轴承和前端面浮动轴承连接，所述后径向浮动轴承和后端面浮动轴承连接；前气密封环和前密封板连接，后气密封环和后密封板连接；所述前端面浮动轴承在所述前径向浮动轴承内与活塞连接；以及
所述主轴内含有液体。
2.根据权利要求1所述的用于机床的超精密水静压主轴结构的设计，其特征在于，所述液体为水溶液。
3.根据权利要求1所述的用于机床的超精密水静压主轴结构的设计，其特征在于，所述后密封板上安装有小孔节流器。
4.根据权利要求1所述的用于机床的超精密水静压主轴结构的设计，其特征在于，进一步包括：所述后端面浮动轴承与后锁紧螺母组合，并与电机定子连接，电机定子压环将所述电机定子安装在电机定子安装罩内，所述电机定子安装罩的一端与后盖固定，所述电机定子安装罩的另一端与后密封板连接；电机转子通过前锁紧螺母与动平衡盘固定。
5.根据权利要求1所述的用于机床的超精密水静压主轴结构的设计，其特征在于，进一步包括：弹簧销上套有弹簧和粗刀盘并与所述前端面浮动轴承连接，粗刀安装在所述粗刀盘上；刀具定位销将精刀固定块和精刀固定在所述前端面浮动轴承前端面上，所述精刀与所述粗刀分别有对应配重块。
6.根据权利要求1所述的用于机床的超精密水静压主轴结构的设计，其特征在于，所述前径向浮动轴承、所述后径向浮动轴承和所述主轴箱体构成一体。
7.根据权利要求1所述的用于机床的超精密水静压主轴结构的设计，其特征在于，所述前气密封环、所述后气密封环、所述前密封板及所述后密封板构成一体。
8.根据权利要求1所述的用于机床的超精密水静压主轴结构的设计，其特征在于，所述主轴材料为沉淀硬化不锈钢630。
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