CN104493296B - 动静压混合轴承径向轴瓦阶梯浅腔铰削加工装置 - Google Patents

Abstract

动静压混合轴承径向轴瓦阶梯浅腔铰削加工装置，包括靠模芯轴、定位法兰、定位机构、驱动机构和刀具安装机构，靠模芯轴竖直设置于待加工轴瓦内部，定位法兰外侧通过第一定位销与待加工轴瓦外侧轴承基体套筒连接，定位法兰中间部分与靠模芯轴上端通过第二定位销同轴连接；定位机构对称设置于靠模芯轴两端，定位机构由外锥压套和内锥弹性胀紧套组成，外锥压套和内锥弹性胀紧套均套设于靠模芯轴上，外锥压套与内锥弹性胀紧套配合连接，且外锥压套靠近靠模芯轴端部。

Description

动静压混合轴承径向轴瓦阶梯浅腔铰削加工装置

技术领域

本发明涉及一种动静压混合轴承加工装置，尤其涉及动静压混合轴承径向轴瓦阶梯浅腔铰削加工装置。

背景技术

动静压混合轴承是一种油润滑的高精度、高刚度支承功能部件，广泛应用于精密加工机械、高精度仪器仪表、航天航空、空分设备、涡轮增压器等以及高速重载场合。其特点是集成静压轴承和动压轴承的优势，在低速和高速都具有较好的承载能力和动态特性，有较宽广的速度范围和无摩擦工作区域，极高的位置精度和旋转精度、高稳定性以及较高的吸振性和抗振性等特点；是一种高效节能旋转机械的支承元件。

历经数十年的发展，目前动静压混合轴承的加工方法已趋于稳定，常用的方法一是磨削成型法，二是镗削成型法。这两种加工方法虽然成熟，但受到多种因素的限制，生产效率低，不能大批量生产。一是由于动静压混合轴承加工精度要求高，对技术工人的操作水平要求也很高，这是不能形成规模化生产的重要原因之一；二是动静压轴承加工工艺繁琐、生产周期长，生产成本较高，市场接受程度有限，限制了产量；三是由于加工精度要求高，难以控制几何尺寸一致性，零部件互换性差，轴颈与轴瓦基本属于单件配做工艺，难以规模化生产。因此这项新技术新产品虽经国家各部委多次推广，但未能得到广泛推广应用。

动静压混合轴承中圆锥轴承的生产量较少，多数产品是以径向圆柱轴承加平面推力轴承的组合形式对旋转机械或转子系统进行支承。圆柱加推力轴承的转子系统中，推力轴承的加工相对较为容易实现，径向圆柱轴承加工较为复杂繁琐，其精度的差异将直接影响旋转精度、径向刚度。

动静压混合轴承的径向圆柱轴承，常见的磨削或镗削工艺中，内圆柱面的加工是成熟的工艺过程。油腔中深腔的深度是轴承半径间隙的15~20倍以上，尺寸精度相对易于保证，加工工艺也基本成熟。而浅腔的深度仅是轴承半径间隙的1.2~1.6倍以内，最大也不超过2倍（常见的中小型轴承的单层浅腔深度为2% mm左右），其工艺难度较大，工艺周期较长。另外上述两种切削方法在切削加工油腔的起止点时，均会在内圆柱面上挤压出微小的凸峰（镗削时产生的挤压凸峰较大，磨削是产生的挤压凸峰较小），就是这微小的凸峰足以影响轴承的旋转精度、承载刚度及精度寿命，若要解决这个问题就必须增加工序，应用油石、金相砂纸等手工操作清理凸峰和毛刺。再有这两种工艺在加工过程中或清理毛刺过程中，多多少少会使磨料遗留、镶嵌在轴瓦上，影响其精度寿命。

现行的动静压混合径向轴承工艺路线主要有两类，第一类是加工出两端壳体内孔，根据内孔尺寸精配轴瓦外径同时加工出轴瓦油腔，待轴瓦与壳体装配后，精研两轴瓦内孔以保证两轴瓦同轴度。这种工艺方法较为简单，但最大的问题是极易造成轴瓦浅腔深度误差过大，使各腔承载力不均衡最终致使承载能力下降。另外在轴瓦浅腔、封油边位置会残留磨料，降低精度寿命。

第二类是将两端轴瓦外径加工完成与壳体过盈装配在一起，以壳体或轴承基体套筒外径定位加工轴瓦内径和油腔，这种工艺方法可以较好的保证两轴瓦的同心度。常见的切削形式有磨削和镗削，这两种切削加工中均会在油腔的起止点形成挤压突起影响油腔结构形状，尤其在浅腔位置表现地更为显著，其结果将改变承载峰值的偏位角。为减少这种影响常采取手工清除，但总会产生理论设计与生产加工间误差；另外，这类加工方法要求加工设备和工件均处于温度热平衡的环境下加工才能保证高精密加工的品质，所以工艺周期较长。

发明内容

为克服现有技术存在的不足，本发明针对动静压混合轴承中圆柱径向轴承低硬度材质轴瓦单层阶梯腔结构，提供一种浅腔铰削加工装置以及相应的工艺方法。

具体技术方案为：动静压混合轴承径向轴瓦阶梯浅腔铰削加工装置，包括靠模芯轴、定位法兰、定位机构、驱动机构和刀具安装机构，靠模芯轴竖直设置于待加工轴瓦内部，定位法兰外侧通过第一定位销与待加工轴瓦外侧轴承基体套筒连接，定位法兰中间部分与靠模芯轴上端通过第二定位销同轴连接；定位机构对称设置于靠模芯轴两端，定位机构由外锥压套和内锥弹性胀紧套组成，外锥压套和内锥弹性胀紧套均套设于靠模芯轴上，外锥压套与内锥弹性胀紧套配合连接，且外锥压套靠近靠模芯轴端部；驱动系统由驱动轴和驱动齿轮组成，驱动齿轮套设于驱动轴上且水平设置于靠模芯轴内；刀具安装机构由转动体和铰刀回位弹性钢环组成，转动体内侧面设置有与驱动齿轮配合的齿牙，转动体套设于靠模芯轴上并通过内侧面齿牙与驱动齿轮配合连接，转动体径向设置有铰刀，铰刀末端通过滚针紧贴于靠模芯轴外表面，铰刀回位弹性钢环设置于转动体上。

动静压混合轴承径向轴瓦阶梯浅腔铰削加工装置，还包括刀具进给系统，刀具进给系统包括滑环销轴、轴向滑环、刀具进给丝杠、回位弹簧、调刀斜铁和进给螺母，刀具进给丝杠上部竖直设置于靠模芯轴内，进给螺母设置于刀具进给丝杠下端，进给螺母外侧面周向设置有凹槽，进给螺母通过圆柱销与靠模芯轴连接；圆柱销中部位于凹槽内，其两端与靠模芯轴固定连接；靠模芯轴上设置有沿径向的滑孔，轴向滑环套设于靠模芯轴上；滑环销轴与刀具进给丝杠上端固定连接，其两端贯穿滑槽且与轴向滑环内侧固定连接；调刀斜铁上端位于铰刀和滚针之间，其下端通过支撑钢球与轴向滑环上端连接，回位弹簧一端与转动体下端连接，另一端与调刀斜铁下部连接。

动静压混合轴承径向轴瓦阶梯浅腔铰削加工装置还包括切削液循环系统，切削液循环系统由切削液通道、橡胶密封圈和回流接头组成，切削液通道设置于靠模芯轴内部，其上端进口位于靠模芯轴上端面，其下端出口与靠模芯轴内部安装驱动齿轮的第一腔体连通；橡胶密封圈位于靠模芯轴和待加工轴瓦之间，且橡胶密封圈位于转动体下方；靠模芯轴位于橡胶密封圈上方的部分和待加工轴瓦外侧轴承基体套筒之间构成第二腔体，回流接头进口与第二腔体连通，出口与外部过滤设备连接。

所述刀具进给丝杠上套设有活动刻度盘，活动刻度盘通过锁紧螺钉与刀具进给丝杠连接，且活动刻度盘位于进给螺母下方。

所述刀具进给丝杠上设置有锁紧螺母，锁紧螺母位于活动刻度盘下方。

所述定位法兰上端带有刻度线，所述驱动轴上设置有与刻度线对应的转角指针。

所述驱动轴下端面通过转动钢球与靠模芯轴连接。

所述内锥弹性胀紧套上设置有轴向定位环。

所述外锥压套和内锥弹性胀紧套的外侧端面均设置有套设于靠模芯轴上的螺母。

所述外锥压套与其外侧端面的螺母之间设置有套设于靠模芯轴上的球面垫圈组。

本发明结构简单，制造成本低，易于操作，可推广性强；本装置能在保证高加工精度的前提下，应用轴瓦加工过的内圆柱面进行定位、应用加工过的深腔起刀实现铰销加工，集工装定位、靠模驱动、宽刃铰刀切削、无刃挤压铰刀光整等功能为一体，既解决了现有工艺中存在的不足，又降低了工艺难度，大幅度缩短了工艺周期，降低了加工成本，提高了生产效率。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1中A-A向结构剖视图；

图3为图1中B-B向结构剖视图；

图4为图1中C-C向结构剖视图；

图5为图1中D向结构示意图；

图6为图1中E向结构示意图；

图7为本发明轴瓦油腔结构示意图；

图8为本发明靠模芯轴截面剖视图。

具体实施方式

如图1、图2、图3和图4所示，动静压混合轴承径向轴瓦阶梯浅腔铰削加工装置，包括靠模芯轴1、定位法兰2、定位机构、驱动机构和刀具安装机构，靠模芯轴1竖直设置于待加工轴瓦5内部，待加工轴瓦5内表面经过初步加工，以待加工轴瓦5内表面作为定位基准，定位法兰2外侧通过第一定位销6与待加工轴瓦5外侧轴承基体套筒7连接，定位法兰2中间部分与靠模芯轴1上端通过第二定位销8同轴连接；定位机构对称设置于靠模芯轴1两端，定位机构由外锥压套3和内锥弹性胀紧套4组成，内锥弹性胀紧套4和外锥压套3套设于靠模芯轴1上，且外锥压套3靠近靠模芯轴1端部，外锥压套3和内锥弹性胀紧套4的外侧端面分别设置有套设于靠模芯轴1上的螺母20，外锥压套3与其同侧的螺母20之间设置有套设于靠模芯轴1上的球面垫圈组41，通过旋紧螺母20将外锥压套3压入内锥弹性胀紧套4内从而产生弹性膨胀，此时本装置的轴向位置被确定，并径向定心；内锥弹性胀紧套4与靠模芯轴1为零间隙或小过盈配合，依靠旋紧螺母20将内锥弹性胀紧套4与靠模芯轴1固定为一体，靠模芯轴1也随之定心，由于内锥弹性胀紧套4带有轴向定位环，在完成定心过程的同时，装置的轴向位置也被固定；如图5所示，驱动系统由驱动轴9和驱动齿轮10组成，驱动齿轮10套设于驱动轴9上且水平设置于靠模芯轴1内；刀具安装机构由转动体11和铰刀回位弹性钢环12组成，转动体11内侧面设置有与驱动齿轮10配合的齿牙，转动体11套设于靠模芯轴1上并通过内侧面齿牙与驱动齿轮10配合连接，转动体11径向设置有铰刀，铰刀末端通过滚针14紧贴于靠模芯轴1外表面，铰刀回位弹性钢环12设置于转动体11上，铰刀回位弹性钢环12为铰刀提供指向靠模芯轴1的压力，当转动体11转动时，铰刀的运动轨迹沿靠模芯轴1外表面，如图8所示，通过靠模芯轴1外表面上的凹凸变化实现铰刀对待加工轴瓦5特定区域的切削加工，铰刀包括专用宽刃切削铰刀13和专用无刃挤压铰刀36，专用无刃挤压铰刀36在转动体11转动方向上位于专用宽刃切削铰刀13后方，在工作过程中，专用宽刃切削铰刀13先进行切削加工，随后专用无刃挤压铰刀36对切削后的加工面进行挤压光整，从而提高加工面质量，避免毛刺、微小切削凸峰产生，使铰削和挤压光整同步完成，简化了加工工序，提高了加工效率。刀具进给系统包括滑环销轴15、轴向滑环16、刀具进给丝杠17、回位弹簧18、调刀斜铁19和进给螺母21，刀具进给丝杠17上部竖直设置于靠模芯轴1内，进给螺母21设置于刀具进给丝杠17下端，进给螺母21外侧面周向设置有凹槽22，进给螺母21通过圆柱销23与靠模芯轴1连接；圆柱销23中部位于凹槽22内，其两端与靠模芯轴1固定连接；靠模芯轴1上设置有沿径向的滑孔24，轴向滑环16套设于靠模芯轴1上；滑环销轴15与刀具进给丝杠17上端固定连接，其两端贯穿滑孔24且与轴向滑环16内侧固定连接，滑环销轴15对刀具进给丝杠17的旋转自由度限制，使刀具进给丝杠17不能发生转动，进给螺母21上设置有进给螺母用扳杠37，利用进给螺母用扳杠37旋转进给螺母21，进给螺母21在圆柱销23的支撑下沿凹槽22转动，刀具进给丝杠17沿轴向与进给螺母21发生相对运动，滑环销轴15在滑孔24内移动，并带动轴向滑环16上下运动；调刀斜铁19上端位于铰刀和滚针14之间，其下端通过支撑钢球25与轴向滑环16上端连接，当轴向滑环16向上运动时，调刀斜铁19随之向上运动，回位弹簧18一端与转动体11下端连接，另一端与调刀斜铁19下部连接，当轴向滑环16向下运动时，调刀斜铁19在回位弹簧18作用下向下运动，通过调刀斜铁19的上下移动改变铰刀和滚针14之间的距离，从而改变铰刀的进给量。

动静压混合轴承径向轴瓦阶梯浅腔铰削加工装置还包括切削液循环系统，切削液循环系统由切削液通道26、橡胶密封圈27和回流接头28组成，切削液通道26设置于靠模芯轴1内部，其上端进口位于靠模芯轴1上端面，其下端出口与靠模芯轴1内部安装驱动齿轮10的第一腔体29连通；橡胶密封圈27位于靠模芯轴1和待加工轴瓦5之间，且橡胶密封圈27位于转动体11下方；靠模芯轴1位于橡胶密封圈27上方的部分和外侧轴承基体套筒7之间构成第二腔体30，回流接头28进口与第二腔体30连通，出口与外部过滤设备连接。如图6所示，刀具进给丝杠17上套设有活动刻度盘31，活动刻度盘31通过锁紧螺钉32与刀具进给丝杠17连接，且活动刻度盘31位于进给螺母21下方。刀具进给丝杠17上设置有锁紧螺母33，锁紧螺母33位于活动刻度盘31下方。定位法兰2上端带有刻度线，所述驱动轴9上设置有与刻度线对应的转角指针34。

驱动轴9下端面通过转动钢球35与靠模芯轴1连接，可避免驱动轴9与靠模芯轴1直接摩擦，提高设备的使用寿命。

如图7所示，在本装置使用时先根据待加工轴瓦5的规格选取对应的靠模芯轴1，各部件组装完毕后，将浅腔38加工区域对应于靠模芯轴1的凸模相位，将专用宽刃切削铰刀13转至已加工好的深腔39内且位于起始深腔39边缘，同时专用无刃挤压铰刀36也转至封油边40相位区域，通过转角指针34在定位法兰2的刻度线上记录其相角，调整刀具进给系统使专用无刃挤压铰刀36紧贴封油边40表面，实现刀具的进给零点位置；旋转转动体11，使专用宽刃切削铰刀13和专用无刃挤压铰刀36均转至深腔39相域，根据活动刻度盘31调整刀具进给系统，使专用宽刃切削铰刀13和专用无刃挤压铰刀36达到进给深度，此加工方法宜保证浅腔38深度的一致性，在刀具进给系统调节完毕后，旋紧锁紧螺母33，将刀具进给丝杠17固定。

驱动轴9下端横截面为矩形，驱动轴9下端通过驱动齿轮10上的矩形连接孔与驱动齿轮10连接，驱动轴9带动驱动齿轮10转动，驱动齿轮10带动转动体11旋转，从而使铰刀沿靠模芯轴1外表面轨迹进行切削，同时切削液从切削液通道26流入第一腔体29内，对设备进行润滑和冷却，并带走加工过程中产生的切屑进入第二腔体30，然后通过回流接头28进入外部过滤设备过滤后循环使用。

当待加工轴瓦5一端加工完毕时，松开锁紧螺母33，反向旋转进给螺母21，同时旋转驱动轴9带动转动体11旋转，调整铰刀位置，使铰刀位于靠模芯轴1的靠模凹处，缩回刀具及其附件，然后依次拆除各部件，将待加工轴瓦5掉头，对另一端进行加工。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.动静压混合轴承径向轴瓦阶梯浅腔铰削加工装置，其特征在于：包括靠模芯轴、定位法兰、定位机构、驱动机构和刀具安装机构，靠模芯轴竖直设置于待加工轴瓦内部，定位法兰外侧通过第一定位销与待加工轴瓦外侧轴承基体套筒连接，定位法兰中间部分与靠模芯轴上端通过第二定位销同轴连接；定位机构对称设置于靠模芯轴两端，定位机构由外锥压套和内锥弹性胀紧套组成，外锥压套和内锥弹性胀紧套均套设于靠模芯轴上，外锥压套与内锥弹性胀紧套配合连接，且外锥压套靠近靠模芯轴端部；驱动系统由驱动轴和驱动齿轮组成，驱动齿轮套设于驱动轴上且水平设置于靠模芯轴内；刀具安装机构由转动体和铰刀回位弹性钢环组成，转动体内侧面设置有与驱动齿轮配合的齿牙，转动体套设于靠模芯轴上并通过内侧面齿牙与驱动齿轮配合连接，转动体径向设置有铰刀，铰刀末端通过滚针紧贴于靠模芯轴外表面，铰刀包括专用宽刃切削铰刀和专用无刃挤压铰刀，专用无刃挤压铰刀在转动体转动方向上位于专用宽刃切削铰刀后方；铰刀回位弹性钢环设置于转动体上；外锥压套和内锥弹性胀紧套的外侧端面均设置有套设于靠模芯轴上的螺母；外锥压套与其外侧端面的螺母之间设置有套设于靠模芯轴上的球面垫圈组；内锥弹性胀紧套与靠模芯轴为零间隙或小过盈配合，依靠旋紧螺母将内锥弹性胀紧套与靠模芯轴固定为一体。

2.如权利要求1所述的动静压混合轴承径向轴瓦阶梯浅腔铰削加工装置，其特征在于：还包括刀具进给系统，刀具进给系统包括滑环销轴、轴向滑环、刀具进给丝杠、回位弹簧、调刀斜铁和进给螺母，刀具进给丝杠上部竖直设置于靠模芯轴内，进给螺母设置于刀具进给丝杠下端，进给螺母外侧面周向设置有凹槽，进给螺母通过圆柱销与靠模芯轴连接；圆柱销中部位于凹槽内，其两端与靠模芯轴固定连接；靠模芯轴上设置有沿径向的滑孔，轴向滑环套设于靠模芯轴上；滑环销轴与刀具进给丝杠上端固定连接，其两端贯穿滑槽且与轴向滑环内侧固定连接；调刀斜铁上端位于铰刀和滚针之间，其下端通过支撑钢球与轴向滑环上端连接，回位弹簧一端与转动体下端连接，另一端与调刀斜铁下部连接。

3.如权利要求1所述的动静压混合轴承径向轴瓦阶梯浅腔铰削加工装置，其特征在于：还包括切削液循环系统，切削液循环系统由切削液通道、橡胶密封圈和回流接头组成，切削液通道设置于靠模芯轴内部，其上端进口位于靠模芯轴上端面，其下端出口与靠模芯轴内部安装驱动齿轮的第一腔体连通；橡胶密封圈位于靠模芯轴和待加工轴瓦之间，且橡胶密封圈位于转动体下方；靠模芯轴位于橡胶密封圈上方的部分和待加工轴瓦外侧轴承基体套筒之间构成第二腔体，回流接头进口与第二腔体连通，出口与外部过滤设备连接。

4.如权利要求2所述的动静压混合轴承径向轴瓦阶梯浅腔铰削加工装置，其特征在于：所述刀具进给丝杠上套设有活动刻度盘，活动刻度盘通过锁紧螺钉与刀具进给丝杠连接，且活动刻度盘位于进给螺母下方。

5.如权利要求4所述的动静压混合轴承径向轴瓦阶梯浅腔铰削加工装置，其特征在于：所述刀具进给丝杠上设置有锁紧螺母，锁紧螺母位于活动刻度盘下方。

6.如权利要求1所述的动静压混合轴承径向轴瓦阶梯浅腔铰削加工装置，其特征在于：所述定位法兰上端带有刻度线，所述驱动轴上设置有与刻度线对应的转角指针。

7.如权利要求1所述的动静压混合轴承径向轴瓦阶梯浅腔铰削加工装置，其特征在于：所述驱动轴下端面通过转动钢球与靠模芯轴连接。

8.如权利要求1所述的动静压混合轴承径向轴瓦阶梯浅腔铰削加工装置，其特征在于：所述内锥弹性胀紧套上设置有轴向定位环。