CN104647146A - 基于液体静压主轴部件的磨床精度循环递升方法 - Google Patents

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Abstract

基于液体静压主轴部件的磨床精度循环递升方法，包括：S1：以液体静压主轴部件作为磨床的主轴部件，检测磨床当前的极限加工精度，包括圆度b0、同轴度c0和垂直度d0；S2：预设磨床的循环递升目标加工精度，包括圆度bm、同轴度cm和垂直度dm；S3：用磨床加工新的液体静压主轴部件，并且对新的液体静压主轴部件进行精度检测，包括圆度bn、同轴度cn和垂直度dn；S4：当bn＝b0，且cn＝c0，且dn＝d0时，进入步骤S5，否则返回步骤S3；S5：用新的液体静压主轴部件替换磨床上的液体静压主轴部件，得到新的磨床，检测并更新磨床当前的极限加工精度，包括圆度b0、同轴度c0和垂直度d0，当b0≤bm，且c0≤cm，且d0≤dm时，磨床精度循环递升完成，否则返回步骤S3。

Description

基于液体静压主轴部件的磨床精度循环递升方法
技术领域
本发明涉及基于液体静压主轴磨床的超精密加工技术，尤其涉及基于液体静压主轴部件的磨床精度循环递升方法。
背景技术
超精密加工是代表世界制造业水平和未来发展趋势的一项先进技术，在航空航天工业、光学仪器工业、超精密机床工业等领域具有广泛用途，如大型光学透镜的超精密加工、手机/照相机光学透镜的超精密加工、超精密机床主轴零件的超精密加工、高性能发动机关键零件的超精密加工、高精度轴承套圈沟道和内外圆环面的超精密加工等，都需要采用超精密机床和超精密主轴部件。
超精密机床是赖以实现超精密加工的装备基础。超精密磨床磨削工件的精度，很大程度上决定于其主轴功能部件的回转精度，以应用最为普遍的内外圆磨床为例，其主轴功能部件包括外圆磨砂轮主轴、内圆磨砂轮主轴、工件头架主轴。
由于液体静压轴承具有特有的“误差均化效应”，回转精度远高于滚动轴承；同时由于液体介质不可以压缩，静压轴承的承载能力和刚度远高于气体静压轴承高；因此液体静压轴承在回转精度要求高、承载能力要求高的磨床中得到了广泛应用。目前国内外内外圆磨床中的外圆磨砂轮主轴广泛采用了液体静压轴承作为支承。
上述主轴功能部件，通常由主轴、轴承和套筒等主要零件组成，而主轴、轴承和套筒零件的精度，会直接影响装配起来的主轴部件的回转精度。这些零件对装配起来的主轴部件的回转精度主要体现在两个方面。一是零件的尺寸精度影响套筒与前后轴承之间的过盈/间隙的大小、前后轴承与主轴之间的间隙的一致性，进而影响前后轴承内孔之间的同轴度。二是零件的形位公差（圆度/圆柱度、垂直度）影响套筒与前后轴承之间的过盈/间隙配合的均匀程度、前后轴承与主轴之间的间隙的均匀程度，进而影响最终的前后轴承与主轴之间的间隙的均匀程度；轴承内孔圆度和主轴的圆度直接影响主轴部件的回转精度。
目前国内外圆磨床磨削套筒、轴承和主轴的圆度能够达到的圆度为0.5-2μm，极少数可以达到0.2-0.5μm，同轴度能够达到2-5μm，极少数能够达到1-2μm。目前国内外液体静压主轴，能够达到的回转精度为0.5-2μm，极少数能够达到0.1-0.5μm。
随着现代工业发展对产品精度要求的不断提高，现有液体静压主轴回转精度和磨床加工精度已经难以满足精密超精密加工的需要，迫切需要寻找突破现有加工方法和加工手段的可实现更高精度加工的新技术。
目前从事超精密磨床生产制造的厂家，为了保证磨床加工零件的高精度，需要购买超精密液体静压主轴。但由于超精密液体静压主轴精度的限制，再加上价格高、定制生产周期长，严重制约了超精密磨床的精度提升周期和产业化推广进程。
目前从事超精密液体静压主轴生产制造的厂家，为了保证主轴等零件的高加工精度，需要购买超精密磨床。由于超精密磨床加工精度的限制，再加上价格高、定制生产周期长，严重制约了超精密液体静压主轴的精度提升周期和产业化推广进程。
目前液体静压轴承的“误差均化效应”虽然在液体静压主轴中广泛采用，但是没有通过循环提升液体静压主轴的回转精度和磨床加工精度的方法，来缩短超精密液体静压主轴和超精密磨床的精度提升周期，加速其产业化进程。
超精密液体静压主轴和超精密磨床的研制和生产，都属于高端技术，通常不为一家企业同时拥有。同时，液体静压主轴和超精密磨床的匹配、超精密磨床与加工液体静压主轴关键零件的匹配，在单独的超精密液体静压主轴生产和超精密磨床生产中由于不能密切配合也难以在产业化过程中实施。
由于现有的液体静压主轴和超精密磨床的研制生产中存在上述不足，导致现有液体静压主轴和超精密磨床的精度水平不够高，精度提升周期长，研发生产周期长，制造成本高，严重制约力超精密液体静压主轴和超精密磨床的产业化推广应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可提高磨床加工精度极限、操作简单方便的基于液体静压主轴部件的磨床精度循环递升方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种基于液体静压主轴部件的磨床精度循环递升方法，包括以下步骤：
S1：以液体静压主轴部件作为磨床的主轴部件，检测所述磨床当前的极限加工精度，包括圆度b0、同轴度c0和垂直度d0；
S2：预设磨床的循环递升目标加工精度，包括圆度bm、同轴度cm和垂直度dm，bm＝0.1 b0～0.5 b0；cm＝0.1 c0～0.5 c0；dm＝0.1 d0～0.5 d0；
S3：用所述磨床加工新的液体静压主轴部件，并且对新的液体静压主轴部件进行精度检测，包括圆度bn、同轴度cn和垂直度dn；
S4：当bn＝b0，且cn＝c0，且dn＝d0时，进入步骤S5，否则返回步骤S3；
S5：用新的液体静压主轴部件替换所述磨床上的液体静压主轴部件，得到新的磨床，检测并更新所述磨床当前的极限加工精度，包括圆度b0、同轴度c0和垂直度d0，当b0≤bm，且c0≤cm，且d0≤dm时，磨床精度循环递升完成，否则返回步骤S3。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述液体静压主轴部件包括主轴、液体静压轴承、套筒和轴承座，所述液体静压轴承设有两个以上，所述主轴通过液体静压轴承支承，两个以上所述液体静压轴承分装于轴承座和套筒内，所述轴承座装设于所述套筒内。
在用所述磨床加工新的液体静压主轴部件时，选取主轴、液体静压轴承、套筒和轴承座中的至少一件进行加工。
当加工所述主轴时，加工主轴的外圆面、外锥面、内锥面和端面；当加工液体静压轴承时，加工液体静压轴承的外圆面、内圆面和端面；当加工套筒时，加工套筒的外圆面、内圆面和端面；当加工轴承座时，加工轴承座的外圆面、内圆面和端面。
在加工所述主轴后，检测主轴各圆面的圆度、各圆面之间的同轴度、各圆面与端面之间的垂直度；在加工液体静压轴承后，检测液体静压轴承各圆面的圆度、各圆面之间的同轴度、各圆面与端面之间的垂直度；在加工套筒后，检测套筒各圆面的圆度、各圆面之间的同轴度、各圆面与端面之间的垂直度；在加工轴承座后，检测轴承座各圆面的圆度、各圆面之间的同轴度、各圆面与端面之间的垂直度。
所述液体静压主轴部件为外圆磨砂轮主轴部件、内圆磨砂轮主轴部件和工件头架主轴部件。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的基于液体静压主轴部件的磨床精度循环递升方法，将液体静压主轴部件作为磨床的主轴部件，加工新的液体静压主轴部件，并用新的液体静压主轴部件更新磨床上的主轴部件，由于液体静压主轴部件特有的“误差均化效应”，每次更新都会使磨床的加工精度得到递升，达到循环递升目标加工精度后磨床的加工精度提升不再明显，这是因为液体静压主轴部件的动不平衡和其他制造精度的影响相比于液体静压主轴部件精度的影响将逐步占主导地位，因而利用液体静压主轴部件特有的“误差均化效应”对磨床加工精度的提升将会越来越困难；本发明的基于液体静压主轴部件的磨床精度循环递升方法，在提高磨床加工精度的同时，还得到了一套高精度的液体静压主轴部件，或者是液体静压主轴部件中的部分零件。
附图说明
图1是本发明的基于液体静压主轴部件的磨床精度循环递升方法流程图。
图2是磨床加工主轴外圆的结构示意图。
图3是磨床加工液体静压轴承外圆的结构示意图。
图4是磨床加工套筒外圆的结构示意图。
图5是磨床加工轴承座外圆的结构示意图。
图中各标号表示：
1、主轴；2、液体静压轴承；3、套筒；4、轴承座。
具体实施方式
图1示出了本发明的一种基于液体静压主轴部件的磨床精度循环递升方法实施例流程，包括以下步骤：
S1：以液体静压主轴部件作为磨床的主轴部件，检测所述磨床当前的极限加工精度，包括圆度b0、同轴度c0和垂直度d0，b0＝3μm、c0＝10μm、d0＝5μm；
S2：预设磨床的循环递升目标加工精度，包括圆度bm、同轴度cm和垂直度dm，bm＝0.1 b0～0.5 b0；cm＝0.1 c0～0.5 c0；dm＝0.1 d0～0.5 d0，bm＝0.3～1.5μm、cm＝1～5μm、dm＝0.5～2.5μm；
S3：用所述磨床加工新的液体静压主轴部件，并且对新的液体静压主轴部件进行精度检测，包括圆度bn、同轴度cn和垂直度dn；
S4：当bn＝b0，且cn＝c0，且dn＝d0时，进入步骤S5，否则返回步骤S3；
S5：用新的液体静压主轴部件替换所述磨床上的液体静压主轴部件，得到新的磨床，检测并更新所述磨床当前的极限加工精度，包括圆度b0、同轴度c0和垂直度d0，当b0≤bm，且c0≤cm，且d0≤dm时，磨床精度循环递升完成，否则返回步骤S3。
本实施例中，液体静压主轴部件包括主轴1、液体静压轴承2、套筒3和轴承座4，液体静压轴承2设有两个以上，主轴1通过液体静压轴承2支承，两个以上液体静压轴承2分装于轴承座4和套筒3内，轴承座4装设于套筒3内；在用磨床加工新的液体静压主轴部件时，选取主轴1、液体静压轴承2、套筒3和轴承座4中的至少一件进行加工，本实施例选取以上全部零件进行加工。
本实施例中，当加工主轴1时，加工主轴1的外圆面（如图2所示）、外锥面、内锥面和端面；当加工液体静压轴承2时，加工液体静压轴承2的外圆面（如图3所示）、内圆面和端面；当加工套筒3时，加工套筒3的外圆面（如图4所示）、内圆面和端面；当加工轴承座4时，加工轴承座4的外圆面（如图5所示）、内圆面和端面；在加工主轴1后，检测主轴1各圆面的圆度、各圆面之间的同轴度、各圆面与端面之间的垂直度；在加工液体静压轴承2后，检测液体静压轴承2各圆面的圆度、各圆面之间的同轴度、各圆面与端面之间的垂直度；在加工套筒3后，检测套筒3各圆面的圆度、各圆面之间的同轴度、各圆面与端面之间的垂直度；在加工轴承座4后，检测轴承座4各圆面的圆度、各圆面之间的同轴度、各圆面与端面之间的垂直度。
本实施例中，液体静压主轴部件为外圆磨砂轮主轴部件、内圆磨砂轮主轴部件和工件头架主轴部件。各主轴部件通过3次加工－替换循环后，磨床加工精度达到：b0＝0.2μm、c0＝1μm、d0＝0.5μm，满足b0≤bm，且c0≤cm，且d0≤dm。
经过深入的理论研究和工程试验发现，液体静压轴承的油膜具有“误差均化效应”，例如，利用内孔圆度为5μm的液体静压轴承和外圆圆度为3μm的主轴装配出来的液体静压主轴部件，其回转精度可以达到1μm以内，甚至更高；采用该高回转精度的液体静压主轴部件作为磨床的主轴部件，就可以进一步加工出圆度更高的轴承和主轴等零件，进而进一步提高液体静压主轴部件的回转精度，进一步提高磨床加工零件的精度。按照此思路循环，可以实现液体静压主轴精度和磨床加工精度循环递升。以液体静压主轴的圆度精度为例，液体静压主轴部件的回转精度通常可以提高到液体静压主轴圆度的三分之一至十分之一。当液体静压主轴的圆度达到0.1μm时，液体静压主轴部件的回转精度理论上可以达到10nm～33 nm。目前磨床工业领域，液体静压主轴部件的回转精度普遍在1μm～3μm左右，液体静压主轴部件的回转精度和磨床加工精度存在很大的提升空间。
本发明的基于液体静压主轴部件的磨床精度循环递升方法，将液体静压主轴部件作为磨床的主轴部件，加工新的液体静压主轴部件，并用新的液体静压主轴部件更新磨床上的主轴部件，由于液体静压主轴部件特有的“误差均化效应”，每次更新都会使磨床的加工精度得到递升，达到循环递升目标加工精度后磨床的加工精度提升不再明显，这是因为液体静压主轴部件的动不平衡和其他制造精度的影响相比于液体静压主轴部件精度的影响将逐步占主导地位，因而利用液体静压主轴部件特有的“误差均化效应”对磨床加工精度的提升将会越来越困难；本发明的基于液体静压主轴部件的磨床精度循环递升方法，在提高磨床加工精度的同时，还得到了一套高精度的液体静压主轴部件，或者是液体静压主轴部件中的部分零件。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种基于液体静压主轴部件的磨床精度循环递升方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：以液体静压主轴部件作为磨床的主轴部件，检测所述磨床当前的极限加工精度，包括圆度b0、同轴度c0和垂直度d0；
S2：预设磨床的循环递升目标加工精度，包括圆度bm、同轴度cm和垂直度dm，bm＝0.1 b0～0.5 b0；cm＝0.1 c0～0.5 c0；dm＝0.1 d0～0.5 d0；
S3：用所述磨床加工新的液体静压主轴部件，并且对新的液体静压主轴部件进行精度检测，包括圆度bn、同轴度cn和垂直度dn；
S4：当bn＝b0，且cn＝c0，且dn＝d0时，进入步骤S5，否则返回步骤S3；
S5：用新的液体静压主轴部件替换所述磨床上的液体静压主轴部件，得到新的磨床，检测并更新所述磨床当前的极限加工精度，包括圆度b0、同轴度c0和垂直度d0，当b0≤bm，且c0≤cm，且d0≤dm时，磨床精度循环递升完成，否则返回步骤S3。
2.根据权利要求1所述的基于液体静压主轴部件的磨床精度循环递升方法，其特征在于：所述液体静压主轴部件包括主轴（1）、液体静压轴承（2）、套筒（3）和轴承座（4），所述液体静压轴承（2）设有两个以上，所述主轴（1）通过液体静压轴承（2）支承，两个以上所述液体静压轴承（2）分装于轴承座（4）和套筒（3）内，所述轴承座（4）装设于所述套筒（3）内。
3.根据权利要求2所述的基于液体静压主轴部件的磨床精度循环递升方法，其特征在于：在用所述磨床加工新的液体静压主轴部件时，选取主轴（1）、液体静压轴承（2）、套筒（3）和轴承座（4）中的至少一件进行加工。
4.根据权利要求3所述的基于液体静压主轴部件的磨床精度循环递升方法，其特征在于：当加工所述主轴（1）时，加工主轴（1）的外圆面、外锥面、内锥面和端面；当加工液体静压轴承（2）时，加工液体静压轴承（2）的外圆面、内圆面和端面；当加工套筒（3）时，加工套筒（3）的外圆面、内圆面和端面；当加工轴承座（4）时，加工轴承座（4）的外圆面、内圆面和端面。
5.根据权利要求4所述的基于液体静压主轴部件的磨床精度循环递升方法，其特征在于：在加工所述主轴（1）后，检测主轴（1）各圆面的圆度、各圆面之间的同轴度、各圆面与端面之间的垂直度；在加工液体静压轴承（2）后，检测液体静压轴承（2）各圆面的圆度、各圆面之间的同轴度、各圆面与端面之间的垂直度；在加工套筒（3）后，检测套筒（3）各圆面的圆度、各圆面之间的同轴度、各圆面与端面之间的垂直度；在加工轴承座（4）后，检测轴承座（4）各圆面的圆度、各圆面之间的同轴度、各圆面与端面之间的垂直度。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的基于液体静压主轴部件的磨床精度循环递升方法，其特征在于：所述液体静压主轴部件为外圆磨砂轮主轴部件、内圆磨砂轮主轴部件和工件头架主轴部件。
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