CN104400019B - 一种主动卸荷的液体静压主轴 - Google Patents
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Abstract
本发明属于精密机床技术，具体涉及一种主动卸荷的液体静压主轴。所述主动卸荷的液体静压主轴包括机床底座、主轴支承导轨、支承球、主轴定子、卸荷油垫、主轴转子、主轴径向油垫、主轴轴向油垫和卸荷压力反馈液压元件。所述带三个径向V槽的主轴支承导轨固定在机床底座上，主轴定子通过三个支承球支撑在主轴支承导轨的三个径向V槽中，主轴转子通过径向油垫和轴向油垫静压支撑在主轴定子上。本发明的主动卸荷液体静压主轴通过采用三个径向V槽‑支承球型式的三点定位支承安装方式，结合卸荷油垫压力闭环主动卸荷技术，可以有效保持主轴及机床加工精度稳定，降低液体静压主轴加工周期和成本。
Description
技术领域
本发明属于精密机床技术，具体涉及一种主动卸荷的液体静压主轴。
背景技术
在超精密机床的制造过程中，常采用超精密液体静压主轴来实现机床工件或刀具的回转运动，而超精密静压主轴与机床底座的连接，通常是超精密静压主轴呈垂直状态安装坐落在机床底座上。传统的安装方式是主轴的外部固定安装面与机床底座的对应安装面通过螺栓直接刚性连接。
采用目前传统的机床主轴与底座刚性连接方式，机床主轴与底座安装面两者加工精度，尤其是面形精度将直接影响超精密静压主轴的运动精度(如径向运动误差、轴向运动误差以及角摆运动误差等)，从而最终影响机床的加工精度。同时，刚性连接到底座的静压主轴如作为工件轴回转台，则当需要加工的工件重量发生变化时，主轴会将其承受到的轴向负载变化，直接传递到机床底座上，造成连接安装面面形精度的变化，从而产生机床加工精度随工件重量变化而变化的问题。
发明内容
本发明的目的是：提供一种能保持定位支承精度稳定的主动卸荷的液体静压主轴。
本发明的技术方案是：一种主动卸荷的液体静压主轴，其包括机床底座1、主轴支承导轨2、支承球3、主轴定子4、卸荷油垫5、主轴转子6、主轴径向油垫7、主轴轴向油垫8和卸荷压力反馈液压元件9。所述带三个径向V槽的主轴支承导轨2固定在机床底座1上，主轴定子4通过三个支承球3支撑在主轴支承导轨2的三个V槽中，用于三点定位支承，主轴转子6通过径向油垫7和轴向油垫8静压支撑在主轴定子4上，以实现机床工件或刀具的回转运动。
所述三个支承球3和三个卸荷油垫5均匀间隔交替布置在主轴定子4和主轴支承导轨2之间，用于对主轴及工件重量进行支承定位。其中三个支承球3配合主轴支承导轨2上的三个径向V槽实现对主轴转子6及安装在上面的工件重量进行支承和精确空间定位。而三个卸荷油垫5则用于对主轴转子6及安装在上面的工件重量进行适当的主动卸荷，合理分担三个定位钢球3所承受的载荷，以减少三个支承球3的支撑变形，提高支撑定位精度。同时，三个卸荷油垫5的卸荷油垫压力将根据主轴及工件重量的实时变化情况，通过卸荷压力反馈液压元件9进行控制，实现同步比例变化，以保持三个支承球3所承受的载荷以及变形保持基本不变，最终实现当工件重量变化时，液体静压主轴的支撑定位精度及其运动精度保持不变。
所述卸荷压力反馈液压元件9为一精密压力调节阀，其输出压力大小由输入的控制信号(电信号或者压力信号)进行远程控制调节，而与输入的系统压力无关。当主轴及工件重量变化时，主轴轴向油垫8的压力同步变化，由于卸荷压力反馈液压元件9的远程控制信号与主轴轴向油垫8相互连通，相应地，输入到卸荷压力反馈液压元件9的远程控制信号也将同步变化，从而实现三个卸荷油垫5卸荷油垫压力的同步变化。
本发明的优点：所发明的主动卸荷的液体静压主轴采用三个径向V槽-支承球型式的三点定位支承安装方式，结合卸荷油垫压力闭环主动卸荷技术，可以有效保持三个定位支承点上的载荷恒定，保持液体静压主轴的定位支承精度不受工件重量变化的影响，使主轴工作状态和运动精度保持稳定，从而保持机床加工精度稳定。
同时，采用上述三点定位的支承安装方式，解决了机床主轴与底座安装面两者加工精度(尤其是面形精度)对超精密静压主轴运动精度(如径向运动误差、轴向运动误差以及角摆运动误差等)的直接影响，可以有效降低两者的加工周期和成本。
附图说明
图1是本发明一种主动卸荷的液体静压主轴的主视图；
图2是本发明一种主动卸荷的液体静压主轴支承球和卸荷油垫布置图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步的说明：
请参阅图1，本实施方式中，本发明的一种主动卸荷的液体静压主轴包括机床底座1、主轴支承导轨2、支承球3、主轴定子4、卸荷油垫5、主轴转子6、主轴径向油垫7、主轴轴向油垫8和卸荷压力反馈液压元件9。其中，所述带三个径向V槽的主轴支承导轨2通过连接螺钉固定在机床底座1对应的安装面上，主轴定子4通过三个球窝由三个支承球3支承在主轴支承导轨2的三个对应的径向V槽中，用于三点定位支承。另外，在主轴定子4和主轴支承导轨2之间与三个支承球3交错的位置均匀布置了三个卸荷油垫5，用于对主轴转子6及安装在上面的工件重量进行适当的主动卸荷。主轴转子6通过径向油垫7和轴向油垫8静压支撑在主轴定子4上，主轴转子的回转运动由伺服电机进行驱动控制，相应地，安装在机床主轴上的工件或刀具的回转运动得以实现，最终实现对零件的车削加工。
采用三个径向V槽-支承球型式的三点定位支承安装方式，可以降低机床主轴与底座安装面两者加工精度对超精密静压主轴运动精度的直接影响，降低两者的加工周期和成本。
另外，当安装在主轴转子上的工件重量发生变化时，主轴转子6和主轴定子4之间的轴向油垫8的油腔压力相应发生变化，该压力变化信息作为卸荷压力反馈液压元件9的远程输入控制信号，控制输入到主轴定子4和主轴支承导轨2之间与三个支承球3交错的位置均匀布置的三个卸荷油垫5均匀布置的三个卸荷油垫5的油腔压力，使该压力随工件重量同向变化，且其变化数值刚好与工件的重量变化相同，使作用在三个支承球3上的载荷保持不变，保持轴承定位支承精度不受工件重量变化的影响，使主轴工作状态和运动精度保持稳定，从而保持机床加工精度稳定。
Claims (6)
1.一种主动卸荷的液体静压主轴，其特征在于，包括主轴支承导轨(2)、支承球(3)、主轴定子(4)、卸荷油垫(5)、主轴转子(6)和卸荷压力反馈液压元件(9)，其中，带三个径向V槽的主轴支承导轨(2)固定在机床底座(1)上，主轴定子(4)通过三个支承球(3)支撑在主轴支承导轨(2)的三个V槽中，用于三点定位支承，主轴转子(6)通过径向油垫(7)和轴向油垫(8)安装在主轴定子(4)上，其中，主轴定子(4)上面的轴向油垫(8)为工作油垫，下面的轴向油垫为卸荷油垫(5)，且二者通过卸荷压力反馈液压元件(9)连接。
2.根据权利要求1所述的主动卸荷的液体静压主轴，其特征在于，所述三个支承球(3)和三个卸荷油垫(5)均匀间隔交替布置在主轴定子(4)和主轴支承导轨(2)之间。
3.根据权利要求2所述的主动卸荷的液体静压主轴，其特征在于，所述三个支承球(3)配合主轴支承导轨(2)上的三个径向V槽实现对主轴转子(6)及安装在上面的工件重量进行支承和精确空间定位。
4.根据权利要求3所述的主动卸荷的液体静压主轴，其特征在于所述三个卸荷油垫(5)用于对主轴转子(6)及安装在上面的工件重量进行主动卸荷。
5.根据权利要求4所述的主动卸荷的液体静压主轴，其特征在于，所述三个卸荷油垫(5)的油垫压力将根据主轴转子(6)及安装在上面的工件重量变化情况，通过卸荷压力反馈液压元件(9)进行控制，实现同步比例变化，以保持三个支承球(3)所承受的载荷以及变形保持基本不变。
6.根据权利要求5所述的主动卸荷的液体静压主轴，其特征在于，所述卸荷压力反馈液压元件(9)为一精密压力调节阀，其输出压力大小由输入的控制信号进行远程控制调节，输入的控制信号与主轴轴向油垫(8)相互连通。
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