CN109630780B - 一种气浮旋转接头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气浮旋转接头，包括外筒体、连接在外筒体上的支架以及安装在外筒体内的芯轴，所述芯轴为其上设置有流体流通通道的空心结构，所述外筒体上设置有第一管路通道和第二管路通道，所述第一管路通道和第二管路通道两者为相互独立的流体流通通道，且两者的其中一端均位于外筒体的外侧；所述芯轴与外筒体间隙配合，所述两者中，其中一者的另一端与位于芯轴与外筒体之间的间隙相通，另一者的另一端与芯轴上的流体流通通道相通。本旋转接头克服了传统旋转接头存在的运动精度较差、磨损较大、振动较强等的不足，能够有效提高旋转接头的运动精度及使用寿命。

Description

一种气浮旋转接头
技术领域
本发明涉及精密零件加工技术领域，特别是涉及一种气浮旋转接头。
背景技术
在精密超精密加工机床中，为了减少夹持力对加工零件精度的影响，常使用夹持力小且均匀的真空吸具作为夹具。为了形成真空，往往需要应用到旋转接头作为部件。
旋转接头是使流体介质(液体、气体等)在静止管道与旋转设备中流通的连接密封件，在诸如数控加工中心一类的精密机械加工装备中有着广泛的应用。随着制造业的发展，业界也在不断优化旋转接头的结构设计，如中国专利(CN 103047501 B)公开了一种能够同时连接充气机与真空泵、充气路径与抽真空路径平行且均匀围绕旋转轴线、具有较高密封性的气用旋转接头。
进一步优化旋转接头的结构设计以使得其能够更好的服务于零件加工，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。
该旋转接头采用机械转动轴承，未考虑运动精度的问题，
上述机械加工装备所能达到的加工精度要求越来越高，对各个部件的精度要求也随之提升。传统旋转接头的旋转副大都采用机械式轴承作为支承，其接触大多是刚性的，不可避免地会产生摩擦与发热，而且刚性结构无法有效阻隔机械结构的振动，制约了旋转接头的运动精度与使用寿命，对于主轴的回转精度产生较大的影响。
中国专利(CN 103047501 B)公开了一种能够同时连接充气机与真空泵、充气路径与抽真空路径平行且均匀围绕旋转轴线、具有较高密封性的气用旋转接头。该旋转接头采用机械转动轴承，未考虑运动精度的问题。
发明内容
针对上述提出的进一步优化旋转接头的结构设计以使得其能够更好的服务于零件加工，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题的问题，本发明提供了一种气浮旋转接头。本旋转接头克服了传统旋转接头存在的运动精度较差、磨损较大、振动较强等的不足，能够有效提高旋转接头的运动精度及使用寿命。
针对上述问题，本发明提供的一种气浮旋转接头通过以下技术要点来解决问题：一种气浮旋转接头，包括外筒体、连接在外筒体上的支架以及安装在外筒体内的芯轴，所述芯轴为其上设置有流体流通通道的空心结构，所述外筒体上设置有第一管路通道和第二管路通道，所述第一管路通道和第二管路通道两者为相互独立的流体流通通道，且两者的其中一端均位于外筒体的外侧；
所述芯轴与外筒体间隙配合，所述两者中，其中一者的另一端与位于芯轴与外筒体之间的间隙相通，另一者的另一端与芯轴上的流体流通通道相通。
具体的，以上设置为：所述第一管路通道和第二管路通道两者为相互独立的流体流通通道，即以上第一管路通道和第二管路通道均为设置在外筒体上的管路，且两个管路中流体互不干扰。
在具体使用时，所述芯轴的端部与车床主轴相连，支架与车床外端盖或外壳体相连，且芯轴上流体流通通道的管口与车床主轴上的相应负压抽取通道相接，第一管路通道和第二管路通道两者中，其中一者连接压力源，如压缩气气瓶、压缩机等，另一者连接真空泵，且与压力源相连的一者与所述间隙相通，与真空泵相连的一者与芯轴的流体流通通道相通，以使得车床主轴上相应真空吸具获得约束待加工零件的吸附力。采用以上连接方案，在车床主轴旋转时，芯轴作为本旋转接头上的旋转部件，外筒体作为本旋转接头上的静止部件。故针对外筒体外部的相应流体接管，本方案具有接管连接方便、相应连接结构简单、且接管连接可靠的特点。现有技术中，传统旋转接头的旋转副大都采用机械式轴承作为支承，其接触大多是刚性的，不可避免地会产生摩擦与发热，同时刚性结构无法有效阻隔机械结构的振动，制约了旋转接头的运动精度与使用寿命，故传统旋转接头在使用时，其对于主轴的回转精度是具有一定影响的，这样，不利于精密、超精密加工机床体现其加工精度优势。本方案中，通过以上两者中的对应一者向所述间隙中引入压力介质，如压缩气体，由于外筒体通过其上的中心孔套设在芯轴的外侧，故以上间隙实际上为芯轴与外筒体之间的环形间隙，这样，以上间隙中的介质可通过气浮的方式，以非接触式的静压支承来取代传统的基于机械接触式的轴承，这样，采用本方案，可有效避免因为传统的旋转接头中由机械接触引入摩擦损耗、发热变形和振动等问题，从而达到提高旋转接头的运动精度、使用寿命以及主轴回转精度的目的；同时，基于气浮本身支承精度相较于接触式支承更高的特点，亦可保证主轴的回转精度。
作为本领域技术人员，由于实现以上气浮的气隙位于芯轴的外侧，故由外筒体延伸至芯轴中流体流通通道的一者需要穿过气隙，在实现所述两者相互独立时，可通过在外筒体内侧与芯轴外侧之间设置环形密封圈，以上环形密封圈将所述间隙隔离成位于芯轴不同轴线位置的区域，其中的部分区域作为所述两者中其中一者的局部，其他的区域作为所述两者中另一者的区域即可，即以上环形密封圈用于实现以上两者的隔离或作为以上两者的边界。
更进一步的技术方案为：
作为外筒体的具体实现方式，所述外筒体包括均呈筒状的分流器和节流套筒，所述分流器套设在节流套筒的外侧，芯轴间隙配合在节流套筒的内孔中，
且分流器与节流套筒之间具有呈环状的第一环形腔，所述第一环形腔作为与所述间隙相通的一者的局部，且节流套筒上还设置有多个贯通其内外侧的通孔，各通孔作为所述间隙与第一环形腔的连通通道。采用本方案，在芯轴的径向方向上，由内至外分别为芯轴、节流套筒和分流器，设置为包括所述第一环形腔，以上第一环形腔即用于实现压力介质的均匀分布：实现所述气浮需要所述间隙有多个入口，同时具有出口，而考虑到外筒体的体积，不仅不宜在外筒体外侧设置多个管接头，同时如设置为包括多个管接头，不同通孔与不同管接头相同，这样还可能出现通孔各自内压力介质之间的压差过大的情况，而此情况是不利于产生稳定的气浮的，故基于此，采用以上方案，在作为第一环形腔压力介质引入口只有一个以方便设置管接头的情况下，通过所述第一环形腔，可使得多个通孔相互之间能够获得压差尽可能小的压力介质，如压缩气体以实现可靠的非接触式紧压支承。
为精确各通孔向所述间隙中引入压力介质的流量，设置为：各通孔中均安装有节流塞，所述节流塞均用于控制所在通孔的流体流通能力。
为进一步减小多个通孔中所获得压力介质的压差，设置为：所述分流器上还设置有轴向孔、径向孔和第一接头孔，所述第一接头孔的一端位于分流器的外侧，所述第一接头孔的另一侧与轴向孔相通，所述径向孔作为轴向孔与第一环形腔的连通孔，且径向孔为多个。采用本方案，可通过由分流器的端部钻制轴向孔，沿着分流器的径向方向钻制径向孔，所述轴向孔可为贯通分流器两端的通孔，所述径向孔为贯通分流器侧壁的通孔，且径向孔与轴向孔相交，完成径向孔钻制后，将径向孔靠近分流器外侧的孔口利用如封头进行封堵，同时将轴向孔的孔口利用如封头进行封堵，这样，在通过第一接头孔向轴向孔中引入压力介质后，可通过轴向孔使得第一环形腔具有多个压力介质引入点，以上多个压力介质引入点可使得第一环形腔内各点压差更小，在针对节流套筒上的多个通孔时，可使得通过各通孔向所述间隙内引入的压力介质之间具有更小的压差。
为方便向第一接头孔中引入压力介质，且保证第一接头孔位置处密封的可靠性，设置为：所述第一接头孔上还连接有第一管接头，且第一接头孔与第一管接头通过管螺纹连接。
如上所述，由于需要在芯轴的侧壁上设置孔道以实现能够为芯轴的流体流通通道抽真空或抽取负压，故实际上是需要在芯轴的侧壁上开设相应孔道的，作为一种可优化所述孔道的流体流通能力，同时尽可能使得以上孔道对芯轴产生更小力学性能影响的技术方案，设置为：所述节流套筒的内壁与芯轴的外壁之间还具有第二环形腔，所述第二环形腔作为与芯轴上的流体流通通道相通的一者的局部；
芯轴的侧壁上还设置有多个贯通其内外侧的孔道，各孔道作为所述流体流通通道与第二环形腔的连通通道。本方案在具体实施时，所述第二环形腔与所述间隙可通过以上提供的环形密封圈作为边界，即：第二环形腔在芯轴轴线上的投影覆盖所有孔道在芯轴轴线上的投影，这样，可通过多个孔道降低设置孔道对芯轴力学性能所产生的影响，同时多个孔道共同作用以方便实现芯轴上流体流通通道的真空抽取。
为避免孔道造成芯轴重心偏移，而使得芯轴在转动时产生更大的振幅，所述孔道绕芯轴的轴线环形均布，且孔道位于芯轴的同一轴线位置。
为方便连接负压设备以及使得分流器上的负压设备连接点位置更易获得可靠的密封效果，设置为：还包括通过管螺纹连接在分流器上的第二管接头，所述第二管接头作为与芯轴上的流体流通通道相通的一者的管接头。
为使得本旋转接头在工作时结构更为紧凑，以提高芯轴的回转精度，设置为：所述支架呈圆盘状，支架、分流器、节流套筒三者同轴，分流器的一端固定于支架上，还包括设置在分流器另一端的端盖板，所述端盖板作为分流器与节流套筒之间的连接板。
如上所述，由于在本接头工作时，所需间隙是需要排气的，作为一种易于制造，且可直观反映所述间隙内压力介质工作情况的实现方式，设置为：所述端盖板呈圆盘状，且端盖板与分流器及节流套筒均螺钉连接。
本发明具有以下有益效果：
在具体使用时，所述芯轴的端部与车床主轴相连，支架与车床外端盖或外壳体相连，且芯轴上流体流通通道的管口与车床主轴上的相应负压抽取通道相接，第一管路通道和第二管路通道两者中，其中一者连接压力源，如压缩气气瓶、压缩机等，另一者连接真空泵，且与压力源相连的一者与所述间隙相通，与真空泵相连的一者与芯轴的流体流通通道相通，以使得车床主轴上相应真空吸具获得约束待加工零件的吸附力。采用以上连接方案，在车床主轴旋转时，芯轴作为本旋转接头上的旋转部件，外筒体作为本旋转接头上的静止部件。故针对外筒体外部的相应流体接管，本方案具有接管连接方便、相应连接结构简单、且接管连接可靠的特点。现有技术中，传统旋转接头的旋转副大都采用机械式轴承作为支承，其接触大多是刚性的，不可避免地会产生摩擦与发热，同时刚性结构无法有效阻隔机械结构的振动，制约了旋转接头的运动精度与使用寿命，故传统旋转接头在使用时，其对于主轴的回转精度是具有一定影响的，这样，不利于精密、超精密加工机床体现其加工精度优势。本方案中，通过以上两者中的对应一者向所述间隙中引入压力介质，如压缩气体，由于外筒体通过其上的中心孔套设在芯轴的外侧，故以上间隙实际上为芯轴与外筒体之间的环形间隙，这样，以上间隙中的介质可通过气浮的方式，以非接触式的静压支承来取代传统的基于机械接触式的轴承，这样，采用本方案，可有效避免因为传统的旋转接头中由机械接触引入摩擦损耗、发热变形和振动等问题，从而达到提高旋转接头的运动精度、使用寿命以及主轴回转精度的目的；同时，基于气浮本身支承精度相较于接触式支承更高的特点，亦可保证主轴的回转精度。
附图说明
图1为本发明所述的一种气浮旋转接头一个具体实施例的结构立体示意图；
图2为本发明所述的一种气浮旋转接头一个具体实施例的结构剖视图，且沿着图3所示的A-A方向进行剖视；
图3为本发明所述的一种气浮旋转接头一个具体实施例的俯视图或侧视图。
图中标记分别为：1、端盖板，2、分流器，3、节流套筒，4、支架，5、芯轴，6、节流塞，7、第一管接头，8、第二管接头。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明不仅限于以下实施例：
实施例1：
如图1至图3所示，一种气浮旋转接头，包括外筒体、连接在外筒体上的支架4以及安装在外筒体内的芯轴5，所述芯轴5为其上设置有流体流通通道的空心结构，所述外筒体上设置有第一管路通道和第二管路通道，所述第一管路通道和第二管路通道两者为相互独立的流体流通通道，且两者的其中一端均位于外筒体的外侧；
所述芯轴5与外筒体间隙配合，所述两者中，其中一者的另一端与位于芯轴5与外筒体之间的间隙相通，另一者的另一端与芯轴5上的流体流通通道相通。
具体的，以上设置为：所述第一管路通道和第二管路通道两者为相互独立的流体流通通道，即以上第一管路通道和第二管路通道均为设置在外筒体上的管路，且两个管路中流体互不干扰。
在具体使用时，所述芯轴5的端部与车床主轴相连，支架4与车床外端盖或外壳体相连，且芯轴5上流体流通通道的管口与车床主轴上的相应负压抽取通道相接，第一管路通道和第二管路通道两者中，其中一者连接压力源，如压缩气气瓶、压缩机等，另一者连接真空泵，且与压力源相连的一者与所述间隙相通，与真空泵相连的一者与芯轴5的流体流通通道相通，以使得车床主轴上相应真空吸具获得约束待加工零件的吸附力。采用以上连接方案，在车床主轴旋转时，芯轴5作为本旋转接头上的旋转部件，外筒体作为本旋转接头上的静止部件。故针对外筒体外部的相应流体接管，本方案具有接管连接方便、相应连接结构简单、且接管连接可靠的特点。现有技术中，传统旋转接头的旋转副大都采用机械式轴承作为支承，其接触大多是刚性的，不可避免地会产生摩擦与发热，同时刚性结构无法有效阻隔机械结构的振动，制约了旋转接头的运动精度与使用寿命，故传统旋转接头在使用时，其对于主轴的回转精度是具有一定影响的，这样，不利于精密、超精密加工机床体现其加工精度优势。本方案中，通过以上两者中的对应一者向所述间隙中引入压力介质，如压缩气体，由于外筒体通过其上的中心孔套设在芯轴5的外侧，故以上间隙实际上为芯轴5与外筒体之间的环形间隙，这样，以上间隙中的介质可通过气浮的方式，以非接触式的静压支承来取代传统的基于机械接触式的轴承，这样，采用本方案，可有效避免因为传统的旋转接头中由机械接触引入摩擦损耗、发热变形和振动等问题，从而达到提高旋转接头的运动精度、使用寿命以及主轴回转精度的目的；同时，基于气浮本身支承精度相较于接触式支承更高的特点，亦可保证主轴的回转精度。
作为本领域技术人员，由于实现以上气浮的气隙位于芯轴5的外侧，故由外筒体延伸至芯轴5中流体流通通道的一者需要穿过气隙，在实现所述两者相互独立时，可通过在外筒体内侧与芯轴5外侧之间设置环形密封圈，以上环形密封圈将所述间隙隔离成位于芯轴5不同轴线位置的区域，其中的部分区域作为所述两者中其中一者的局部，其他的区域作为所述两者中另一者的区域即可，即以上环形密封圈用于实现以上两者的隔离或作为以上两者的边界。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上作进一步限定，如图1至图3所示，作为外筒体的具体实现方式，所述外筒体包括均呈筒状的分流器2和节流套筒3，所述分流器2套设在节流套筒3的外侧，芯轴5间隙配合在节流套筒3的内孔中，
且分流器2与节流套筒3之间具有呈环状的第一环形腔，所述第一环形腔作为与所述间隙相通的一者的局部，且节流套筒3上还设置有多个贯通其内外侧的通孔，各通孔作为所述间隙与第一环形腔的连通通道。采用本方案，在芯轴5的径向方向上，由内至外分别为芯轴5、节流套筒3和分流器2，设置为包括所述第一环形腔，以上第一环形腔即用于实现压力介质的均匀分布：实现所述气浮需要所述间隙有多个入口，同时具有出口，而考虑到外筒体的体积，不仅不宜在外筒体外侧设置多个管接头，同时如设置为包括多个管接头，不同通孔与不同管接头相同，这样还可能出现通孔各自内压力介质之间的压差过大的情况，而此情况是不利于产生稳定的气浮的，故基于此，采用以上方案，在作为第一环形腔压力介质引入口只有一个以方便设置管接头的情况下，通过所述第一环形腔，可使得多个通孔相互之间能够获得压差尽可能小的压力介质，如压缩气体以实现可靠的非接触式紧压支承。
为精确各通孔向所述间隙中引入压力介质的流量，设置为：各通孔中均安装有节流塞6，所述节流塞6均用于控制所在通孔的流体流通能力。
为进一步减小多个通孔中所获得压力介质的压差，设置为：所述分流器2上还设置有轴向孔、径向孔和第一接头孔，所述第一接头孔的一端位于分流器2的外侧，所述第一接头孔的另一侧与轴向孔相通，所述径向孔作为轴向孔与第一环形腔的连通孔，且径向孔为多个。采用本方案，可通过由分流器2的端部钻制轴向孔，沿着分流器2的径向方向钻制径向孔，所述轴向孔可为贯通分流器2两端的通孔，所述径向孔为贯通分流器2侧壁的通孔，且径向孔与轴向孔相交，完成径向孔钻制后，将径向孔靠近分流器2外侧的孔口利用如封头进行封堵，同时将轴向孔的孔口利用如封头进行封堵，这样，在通过第一接头孔向轴向孔中引入压力介质后，可通过轴向孔使得第一环形腔具有多个压力介质引入点，以上多个压力介质引入点可使得第一环形腔内各点压差更小，在针对节流套筒3上的多个通孔时，可使得通过各通孔向所述间隙内引入的压力介质之间具有更小的压差。
为方便向第一接头孔中引入压力介质，且保证第一接头孔位置处密封的可靠性，设置为：所述第一接头孔上还连接有第一管接头7，且第一接头孔与第一管接头7通过管螺纹连接。
如上所述，由于需要在芯轴5的侧壁上设置孔道以实现能够为芯轴5的流体流通通道抽真空或抽取负压，故实际上是需要在芯轴5的侧壁上开设相应孔道的，作为一种可优化所述孔道的流体流通能力，同时尽可能使得以上孔道对芯轴5产生更小力学性能影响的技术方案，设置为：所述节流套筒3的内壁与芯轴5的外壁之间还具有第二环形腔，所述第二环形腔作为与芯轴5上的流体流通通道相通的一者的局部；
芯轴5的侧壁上还设置有多个贯通其内外侧的孔道，各孔道作为所述流体流通通道与第二环形腔的连通通道。本方案在具体实施时，所述第二环形腔与所述间隙可通过以上提供的环形密封圈作为边界，即：第二环形腔在芯轴5轴线上的投影覆盖所有孔道在芯轴5轴线上的投影，这样，可通过多个孔道降低设置孔道对芯轴5力学性能所产生的影响，同时多个孔道共同作用以方便实现芯轴5上流体流通通道的真空抽取。
为避免孔道造成芯轴5重心偏移，而使得芯轴5在转动时产生更大的振幅，所述孔道绕芯轴5的轴线环形均布，且孔道位于芯轴5的同一轴线位置。
为方便连接负压设备以及使得分流器2上的负压设备连接点位置更易获得可靠的密封效果，设置为：还包括通过管螺纹连接在分流器2上的第二管接头8，所述第二管接头8作为与芯轴5上的流体流通通道相通的一者的管接头。
为使得本旋转接头在工作时结构更为紧凑，以提高芯轴5的回转精度，设置为：所述支架4呈圆盘状，支架4、分流器2、节流套筒3三者同轴，分流器2的一端固定于支架4上，还包括设置在分流器2另一端的端盖板1，所述端盖板1作为分流器2与节流套筒3之间的连接板。
如上所述，由于在本接头工作时，所需间隙是需要排气的，作为一种易于制造，且可直观反映所述间隙内压力介质工作情况的实现方式，设置为：所述端盖板1呈圆盘状，且端盖板1与分流器2及节流套筒3均螺钉连接。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种气浮旋转接头，包括外筒体、连接在外筒体上的支架（4）以及安装在外筒体内的芯轴（5），所述芯轴（5）为其上设置有流体流通通道的空心结构，其特征在于，所述外筒体上设置有第一管路通道和第二管路通道，所述第一管路通道和第二管路通道两者为相互独立的流体流通通道，且两者的其中一端均位于外筒体的外侧；
所述芯轴（5）与外筒体间隙配合，所述两者中，其中一者的另一端与位于芯轴（5）与外筒体之间的间隙相通，另一者的另一端与芯轴（5）上的流体流通通道相通；
所述外筒体包括均呈筒状的分流器（2）和节流套筒（3），所述分流器（2）套设在节流套筒（3）的外侧，芯轴（5）间隙配合在节流套筒（3）的内孔中，
且分流器（2）与节流套筒（3）之间具有呈环状的第一环形腔，所述第一环形腔作为与所述间隙相通的一者的局部，且节流套筒（3）上还设置有多个贯通其内外侧的通孔，各通孔作为所述间隙与第一环形腔的连通通道；
各通孔中均安装有节流塞（6），所述节流塞（6）均用于控制所在通孔的流体流通能力；
所述分流器（2）上还设置有轴向孔、径向孔和第一接头孔，所述第一接头孔的一端位于分流器（2）的外侧，所述第一接头孔的另一侧与轴向孔相通，所述径向孔作为轴向孔与第一环形腔的连通孔，且径向孔为多个，所述第一接头孔上还连接有第一管接头（7），且第一接头孔与第一管接头（7）通过管螺纹连接；
所述节流套筒（3）的内壁与芯轴（5）的外壁之间还具有第二环形腔，所述第二环形腔作为与芯轴（5）上的流体流通通道相通的一者的局部；
芯轴（5）的侧壁上还设置有多个贯通其内外侧的孔道，各孔道作为所述流体流通通道与第二环形腔的连通通道，所述孔道绕芯轴（5）的轴线环形均布，且孔道位于芯轴（5）的同一轴线位置。
2.根据权利要求1所述的一种气浮旋转接头，其特征在于，还包括通过管螺纹连接在分流器（2）上的第二管接头（8），所述第二管接头（8）作为与芯轴（5）上的流体流通通道相通的一者的管接头。
3.根据权利要求1或2中所述的一种气浮旋转接头，其特征在于，所述支架（4）呈圆盘状，支架（4）、分流器（2）、节流套筒（3）三者同轴，分流器（2）的一端固定于支架（4）上，还包括设置在分流器（2）另一端的端盖板（1），所述端盖板（1）作为分流器（2）与节流套筒（3）之间的连接板。
4.根据权利要求3所述的一种气浮旋转接头，其特征在于，所述端盖板（1）呈圆盘状，且端盖板（1）与分流器（2）及节流套筒（3）均螺钉连接。
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