CN109551259A - 一种基于液体静压复合轴承的直驱式回转台系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于液体静压复合轴承的直驱式回转台系统，包括基座、集油壳体、复合液体静压轴承组件、电机组件、圆工作台，所述复合液体静压轴承组件设置在基座上，所述电机组件镶嵌在复合液体静压轴承组件内，所述圆工作台的中部连接在电机组件的芯轴上，所述集油壳体套在复合液体静压轴承组件上，集油壳体的上端与圆工作台密封配合，集油壳体的下端与基座密封配合；本发明一种基于液体静压复合轴承的直驱式回转台系统，转台系统静压支承径向轴承和轴向轴承一体化以及电机内嵌于复合轴承内部，使得本转台结构紧凑，占用空间小，精度高，动态响应特性好，刚度好、承载能力大，可应用于各种高性能数控机床、超精密加工机床、高精度检测仪器。
Description
技术领域
本发明涉及高性能数控机床、超精密加工机床、高精度检测仪器用高精度转台技术领域，具体涉及一种基于液体静压复合轴承的直驱式回转台系统。
背景技术
高精度转台，主要用于高性能金属切削机床(如高精度立式车床、立式磨床、卧式镗铣床等精密母机)、超精密加工机床(如单点金刚石车床等)、超精密检测仪器，同时在航天、航空、航海、通讯(雷达天线、卫星天线)、潜艇定向仪、高精度陀螺漂移测试转台以及各种高精度仿真与测试平台等领域也有着广泛应用。
滚动轴承组合是转台系统常用支承方式之一，但这种方式转台回转精度受到滚动元件轴承精度的制约，难于提高到亚微米级；转台使用过程中振动大，影响加工表面质量；转台使用过程中轴承为刚性接触，磨损大，精度保持性差；滚动支承元件由于其直径大、结构复杂、精度高，造价高。
开式静压环形导轨与滚动轴承配组合的支承方式也是数控机床回转工作台支承方式之一，但这种方式不能满足高回转精度需求，为提高轴向承载能力和轴向刚度结构上而采用的环形开式导轨刚度低，对负载变化敏感，倾覆力矩抵抗能力较差。
发明内容
本发明的目的即在于克服现有技术不足，提供一种基于液体静压复合轴承的直驱式回转台系统，解决现有回转台结构复杂，动态响应特性差，精度低、刚度低、承载能力小等问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于液体静压复合轴承的直驱式回转台系统，包括基座、集油壳体、复合液体静压轴承组件、电机组件、圆工作台，所述复合液体静压轴承组件设置在基座上，所述电机组件镶嵌在复合液体静压轴承组件内，所述圆工作台的中部连接在电机组件的芯轴上，所述集油壳体套在复合液体静压轴承组件上，集油壳体的上端与圆工作台密封配合，集油壳体的下端与基座密封配合；
所述复合液体静压轴承组件包括上止推环形导轨、复合轴承、外滑环和节流器，所述复合轴承为凸台套筒结构，所述上止推环形导轨设置在复合轴承上端，上止推环形导轨与复合轴承构成环槽结构，所述外滑环安装在环槽结构内，外滑环与上止推环形导轨及复合轴承配合安装面均设有静压油腔，静压油腔通过设置在上止推环形导轨及复合轴承内的油路与节流器连接，所述圆工作台与外滑环连接。
本发明一种基于液体静压复合轴承的直驱式回转台系统，转台系统静压支承径向轴承和轴向轴承一体化以及电机内嵌于复合轴承内部，使得本转台结构紧凑，占用空间小，精度高，动态响应特性好，刚度好、承载能力大，可应用于各种高性能数控机床、超精密加工机床、高精度检测仪器。
进一步的，所述电机组件包括电机定子壳体、电机定子冷却环、电机定子和电机转子，所述电机定子壳体镶嵌在上止推环形导轨和复合轴承构成的套筒内，所述电机定子通过电机定子冷却环安装在电机定子壳体内，所述电机转子设在电机定子内转动，电机定子的上端凸出有与圆工作台连接的芯轴，所述电机转子套于芯轴中部。
进一步的，所述电机组件下方设有编码器。
进一步的，所述集油壳体的上端通过气封环与圆工作台密封配合，上述气封环固定连接在集油壳体的上端口，所述气封环内设有连通的环形气腔，所述环形气腔的排气孔设在气封环与圆工作台密封配合面。所述排气孔为若干个，周向均布。
进一步的，所述止推环形导轨底面上的静压油腔为多个弧型凹槽结构，多个弧型凹槽均布呈环形设置在止推环形导轨底面上，每个弧型凹槽均通过油路与润滑油供油管路上的节流器连接，通过静压油腔使止推环形导轨与外滑环之间填充承载油膜。
进一步的，所述复合轴承立面上的静压油腔为多个弧型凹槽结构，多个弧型凹槽均布呈环形设置在复合轴承立面上，每个弧型凹槽均通过油路与润滑油供油管路上的节流器连接，通过静压油腔使复合轴承立面与外滑环之间填充承载油膜。
进一步的，所述复合轴承台面上的静压油腔为多个弧型凹槽结构，多个弧型凹槽均布呈环形设置在复合轴承台面上，每个弧型凹槽均通过油路与润滑油供油管路上的节流器连接，通过静压油腔使复合轴承台面与外滑环之间填充承载油膜。
进一步的，所述节流器为小孔节流器、毛细管节流器、薄膜反馈节流器、滑阀反馈节流器或缝隙节流器的任一种。
进一步的，所述集油壳体和复合轴承均与基座连接处装有密封圈。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明一种基于液体静压复合轴承的直驱式回转台系统，转台系统静压支承径向轴承和轴向轴承一体化以及电机内嵌于复合轴承内部，使得本转台结构紧凑，占用空间小，精度高，动态响应特性好，刚度好、承载能力大，可应用于各种高性能数控机床、超精密加工机床、高精度检测仪器。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明一种基于液体静压复合轴承的直驱式回转台系统剖视结构示意图；
图2为本发明复合液体静压轴承组件供油结构示意图；
图3为本发明复合轴承的结构示意图；
附图中标记及对应的零部件名称：
1-基座；2-集油壳体；3-复合轴承；4-外滑环；5-上止推导轨；6-圆工作台；7-电机定子壳体；8-电机定子冷却环；9-电机定子；10-电机转子；11-芯轴；12-气封环；13-编码器；14-环形气腔；15-排气孔；16-节流器；17-静压油腔；18-油路。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1-3所示，本发明一种基于液体静压复合轴承的直驱式回转台系统，包括基座1、集油壳体2、复合液体静压轴承组件、电机组件、圆工作台6，所述复合液体静压轴承组件设置在基座1上，所述电机组件镶嵌在复合液体静压轴承组件内，所述圆工作台6的中部连接在电机组件的芯轴11上，所述集油壳体2套在复合液体静压轴承组件上，集油壳体2的上端与圆工作台6密封配合，集油壳体2的下端与基座1密封配合；本组件式直驱液体静压转台复合液体静压轴承与直驱技术结合，驱动电机内嵌在复合轴承中间，转台系统结构紧凑，占用空间小。复合液体静压轴承组件为转台系统提供支承，使转台同时承受径向力和轴向力。复合轴承内嵌电机组件提供动力，电机动子通过芯轴与圆工作台相联接，带动圆工作台旋转。转台系统配有高精度角度编码器，使转台具有高的角度位置精度。
所述复合液体静压轴承组件包括上止推环形导轨5、复合轴承3、外滑环4和节流器16，所述复合轴承3为凸台套筒结构，所述上止推环形导轨5设置在复合轴承3上端，上止推环形导轨5与复合轴承3构成环槽结构，所述外滑环4安装在环槽结构内，外滑环4与上止推环形导轨5及复合轴承3配合安装面均设有静压油腔，静压油腔通过设置在上止推环形导轨5及复合轴承3内的油路与节流器16连接，所述圆工作台6与外滑环4连接。上止推环形导轨5、复合轴承3通过螺钉连接形成反“C”外腔型结构，外滑环4安装在反“C“型环形腔(环槽结构)内，其上、下端面和内圆柱面与上止推导轨5、复合轴承3形成具有一定间隙的配合。
复合轴承3通过螺钉安装在基座1上，外滑环4安装在复合轴承3下止推导轨面上，上止推导轨5通过螺钉安装在复合轴承3上，上止推环形导轨5与复合轴承3联接后形成反“C形“环形腔，外滑环4安装在复合液体静压组件的反”C“的环形腔内，复合轴承3下止推导轨面、上止推环形导轨面、复合轴承外圆柱面径向油腔面均开有静压油腔，当转台系统工作时，复合液体静压轴承组件通过节流器14分别向复合轴承3各静压油腔17供油，复合液体静压轴承组件工作，外滑环4浮起，外滑环4上下表面及内圆柱面与复合轴承3和上止推导轨4间有一定间隙以形成承载油膜，其中复合轴承3下止推导轨、上止推导轨5和外滑块4上下表面构成转台静压轴向止推以承受轴向力，复合轴承3外表面的外圆柱径向油腔面和外滑块4内圆柱面构成转台支承径向支承以承受径向力。
本发明一种基于液体静压复合轴承的直驱式回转台系统，转台系统静压支承径向轴承和轴向轴承一体化以及电机内嵌于复合轴承内部，使得本转台结构紧凑，占用空间小，精度高，动态响应特性好，刚度好、承载能力大，可应用于各种高性能数控机床、超精密加工机床、高精度检测仪器。
所述电机组件包括电机定子壳体7、电机定子冷却环8、电机定子9和电机转子10，所述电机定子壳体7镶嵌在上止推环形导轨5和复合轴承3构成的套筒内，所述电机定子9通过电机定子冷却环8安装在电机定子壳体7内，所述电机转子10设在电机定子9内转动，所述电机转子设在电机定子内转动，电机定子的上端凸出有与圆工作台连接的芯轴，所述电机转子套于芯轴中部。复合轴承3通过过盈配合安装与电机定子壳体7相连接，电机定子冷却环8通过过盈配合与电机定子壳体7相连接，电机定子9安装在电机定子冷却环8内，电机转子10通过过盈配合或者粘接等方式与芯轴11相连接，芯轴11通过螺钉与圆工作台6相连接，圆工作台6通过螺钉与复合液体静压轴承组件的外滑环4相连接。电机启动时，电机转子10通过芯轴11传递动力，使圆工作台6旋转。同时编码器13开始实时采集角度位置，并反馈给转台控制系统，形成全闭环，实现高精度角度控制。
所述电机组件下方设有编码器13。高精度编码器13安装在芯轴11和电机定子壳体7上。
所述集油壳体2的上端通过气封环12与圆工作台6密封配合，上述气封环12固定连接在集油壳体2的上端口，所述气封环12内设有连通的环形气腔14，所述环形气腔14的排气孔15设在气封环12与圆工作台6密封配合面。气封环12位于集油壳体顶部，转台工作时，压缩空气通过底座、集油壳体内部预加工通道进入环形气腔14，再由环形气腔通过气封环上分布的吹气小孔(排气孔15)向外吹气形成气体密封。
所述止推环形导轨5底面上的静压油腔为多个弧型凹槽结构，多个弧型凹槽均布呈环形设置在止推环形导轨5底面上，每个弧型凹槽均通过油路与润滑油供油管路上的节流器16连接，通过静压油腔使止推环形导轨5与外滑环4之间填充承载油膜。
所述复合轴承3立面上的静压油腔为多个弧型凹槽结构，多个弧型凹槽均布呈环形设置在复合轴承3立面上，每个弧型凹槽均通过油路与润滑油供油管路上的节流器16连接，通过静压油腔使复合轴承3立面与外滑环4之间填充承载油膜。
所述复合轴承3台面上的静压油腔为多个弧型凹槽结构，多个弧型凹槽均布呈环形设置在复合轴承3台面上，每个弧型凹槽均通过油路与润滑油供油管路上的节流器16连接，通过静压油腔使复合轴承3台面与外滑环4之间填充承载油膜。
所述节流器16为小孔节流器、毛细管节流器、薄膜反馈节流器、滑阀反馈节流器或缝隙节流器的任一种。
所述集油壳体2和复合轴承3均与基座1连接处装有密封圈。通过密封圈使集油壳体2和复合轴承3之间形成一个密封腔体。
本发明式直驱液体静压转台复合液体静压轴承与直驱技术结合，驱动电机内嵌在复合轴承中间，转台系统结构紧凑，占用空间小。复合液体静压轴承组件为转台系统提供支承，使转台同时承受径向力和轴向力。复合轴承内嵌电机组件提供动力，电机动子通过芯轴与圆工作台相联接，带动圆工作台旋转。转台系统配有高精度角度编码器，使转台具有高的角度位置精度。该转台具有结构简单紧凑，动态响应特性好，精度高、刚度好、承载能力大的特点。可广泛应用于各种高性能数控机床、超精密加工机床、高精度检测仪器。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于液体静压复合轴承的直驱式回转台系统，包括基座(1)、集油壳体(2)、复合液体静压轴承组件、电机组件、圆工作台(6)，其特征在于：所述复合液体静压轴承组件设置在基座(1)上，所述电机组件镶嵌在复合液体静压轴承组件内，所述圆工作台(6)的中部连接在电机组件的芯轴(11)上，所述集油壳体(2)套在复合液体静压轴承组件上，集油壳体(2)的上端与圆工作台(6)密封配合，集油壳体(2)的下端与基座(1)密封配合；
所述复合液体静压轴承组件包括上止推环形导轨(5)、复合轴承(3)、外滑环(4)和节流器(16)，所述复合轴承(3)为凸台套筒结构，所述上止推环形导轨(5)设置在复合轴承(3)上端，上止推环形导轨(5)与复合轴承(3)构成环槽结构，所述外滑环(4)安装在环槽结构内，外滑环(4)与上止推环形导轨(5)及复合轴承(3)配合安装面均设有静压油腔(17)，静压油腔(17)通过设置在上止推环形导轨(5)及复合轴承(3)内的油路(18)与节流器(16)连接，所述圆工作台(6)与外滑环(4)连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于液体静压复合轴承的直驱式回转台系统，其特征在于：所述电机组件包括电机定子壳体(7)、电机定子冷却环(8)、电机定子(9)和电机转子(10)，所述电机定子壳体(7)镶嵌在上止推环形导轨(5)和复合轴承(3)构成的套筒内，所述电机定子(9)通过电机定子冷却环(8)安装在电机定子壳体(7)内，所述电机转子(10)设在电机定子(9)内转动，所述电机转子(10)套于芯轴(11)中部。
3.根据权利要求1所述的一种基于液体静压复合轴承的直驱式回转台系统，其特征在于：所述电机组件下方设有编码器(13)。
4.根据权利要求1所述的一种基于液体静压复合轴承的直驱式回转台系统，其特征在于：所述集油壳体(2)的上端通过气封环(12)与圆工作台(6)密封配合，上述气封环(12)固定连接在集油壳体(2)的上端口，所述气封环(12)内设有连通的环形气腔(14)，所述环形气腔(14)的排气孔(15)设在气封环(12)与圆工作台(6)密封配合面，所述排气孔(15)为若干个，周向均布。
5.根据权利要求1所述的一种基于液体静压复合轴承的直驱式回转台系统，其特征在于：所述止推环形导轨(5)底面上的静压油腔为多个弧型凹槽结构，多个弧型凹槽均布呈环形设置在止推环形导轨(5)底面上，每个弧型凹槽均通过油路与润滑油供油管路上的节流器(16)连接，通过静压油腔使止推环形导轨(5)与外滑环(4)之间填充承载油膜。
6.根据权利要求1所述的一种基于液体静压复合轴承的直驱式回转台系统，其特征在于：所述复合轴承(3)立面上的静压油腔为多个弧型凹槽结构，多个弧型凹槽均布呈环形设置在复合轴承(3)立面上，每个弧型凹槽均通过油路与润滑油供油管路上的节流器(16)连接，通过静压油腔使复合轴承(3)立面与外滑环(4)之间填充承载油膜。
7.根据权利要求1所述的一种基于液体静压复合轴承的直驱式回转台系统，其特征在于：所述复合轴承(3)台面上的静压油腔为多个弧型凹槽结构，多个弧型凹槽均布呈环形设置在复合轴承(3)台面上，每个弧型凹槽均通过油路与润滑油供油管路上的节流器(16)连接，通过静压油腔使复合轴承(3)台面与外滑环(4)之间填充承载油膜。
8.根据权利要求1所述的一种基于液体静压复合轴承的直驱式回转台系统，其特征在于：所述节流器(16)为小孔节流器、毛细管节流器、薄膜反馈节流器、滑阀反馈节流器或缝隙节流器的任一种。
9.根据权利要求1所述的一种基于液体静压复合轴承的直驱式回转台系统，其特征在于：所述集油壳体(2)和复合轴承(3)均与基座(1)连接处装有密封圈。
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