CN109702501A - 腔内反馈节流静压转台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了腔内反馈节流静压转台，涉及精密制造设备技术领域。该腔内反馈节流静压转台包括第一液体轴承、第二液体轴承、套筒和轴芯，还包括第一油路通道和第二油路通道；第一液体轴承与轴芯之间形成第一止推间隙，第二液体轴承与轴芯之间形成第二止推间隙，第一液体轴承上设有第一反馈组件，第二液体轴承上设有第二反馈组件，当轴芯发生轴向位移时，则该第一液体轴承和第二液体轴承之间形成压差反馈以保持轴承稳定性；该静压转台具有精度高、刚度高、承载能力高、密封性好、寿命长的优点。

Description

腔内反馈节流静压转台

技术领域

本发明涉及精密制造设备技术领域，尤其涉及腔内反馈节流静压转台。

背景技术

精密加工技术是代表工业发展需求和未来发展趋势的一项先进制造技术。精密机床是赖以实现精密加工的装备载体，精密机床实现精密加工的必要条件之一是采用精密旋转部件；转台作为精密旋转部件已广泛应用于制造业。

液体静压转台在机械加工时，其作用是带动工件旋转，实现高速精密加工，所以要求其具有高承载能力和高刚度。静压转台采用液体静压轴承支撑，静压轴承依靠外部供给压力油，从而实现液压轴承和轴芯之间形成油膜，以实现液体润滑的滑动轴承。

其中，静压轴承普遍采用固定节流方式，固定节流虽设计制造容易，成本较低，但是采用固定节流结构，会导致轴系刚度较低。

静压转台除了通过固定节流的方式以实现节流，还可以采用可变液阻节流实现节流；其中，可变液阻节流包括外反馈节流和内反馈节流。

其中，外反馈节流应用最多的是薄膜反馈节流，但是这种方式对薄膜的材料特性和制造工艺要求较高，薄膜节流器的一致性难以保证，一旦制造的节流器偏离实际范围，轴承的轴系刚度就会大幅度降低。而内反馈节流分为腔外内反馈节流和腔内内反馈节流，但腔外内反馈节流的结构导致其增加了主轴的跨距，轴系刚性难以实现最优，且温升高，耗油量大，易泄漏。

而腔内内反馈节流，一般采用三列油腔内反馈节流，但是三列油腔内反馈节流虽属于腔内内反馈节流，也具有如下缺点：(1)其进回油有多种不同的排列组合方式，不同进油方式会导致较大性能差异；(2)其进油油路与油腔连接，易窜油，造成节流失效，而造成油压不稳定的情况；(3)而且按照液体静压转台节流参数设计理论，其结构的节流边一般设计较窄，宽度很难精确控制，加工难度大，难以实现高刚性，因此，此结构并没有充分的在工程领域上应用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，

本发明的目的在于提供一种具有高承载力和高刚度的腔内反馈节流静压转台。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

还包括第一油路通道和第二油路通道；所述第一液体轴承和所述第二液体轴承均套设于所述轴芯外，所述套筒套设于所述第一液体轴承、所述第二液体轴承外；所述第一液体轴承与所述轴芯之间形成第一止推间隙，所述第二液体轴承与所述轴芯之间形成第二止推间隙；所述轴芯往接近所述第二液体轴承的方向移动时，所述第一止推间隙增大，所述第二止推间隙减小；所述轴芯往接近所述第一液体轴承的方向移动时，所述第一止推间隙减小，所述第二止推间隙增大；

所述第一液体轴承设有第一反馈组件，所述第一反馈组件包括第一进油孔、第一集油槽、第一封油边、第一止推腔和第一出油孔；所述第一进油孔、所述第一集油槽、所述第一止推腔和所述第一止推间隙依次连通；所述第一集油槽内设有第一集油孔，所述第一集油槽与所述第一止推腔之间设有所述第一封油边，所述第一止推腔内设有所述第一出油孔；

所述第二液体轴承设有第二反馈组件，所述第二反馈组件包括第二进油孔、第二集油槽、第二封油边、第二止推腔和第二出油孔；所述第二进油孔、所述第二集油槽、所述第二止推腔和所述第二止推间隙依次连通，所述第二集油槽内设有第二集油孔，所述第二集油槽与所述第二止推腔之间设有所述第二封油边，所述第二止推腔内设有所述第二出油孔；

所述第一集油孔和所述第二出油孔通过所述第一油路通道连通，所述第二集油孔和所述第一出油孔通过所述第二油路通道连通。

进一步地，所述第一液体轴承绕其中心轴线均匀设有多个所述第一反馈组件，所述第二液体轴承绕其中心轴线均匀设有多个所述第二反馈组件。

进一步地，所述第一反馈组件还包括第三封油边，所述第一进油孔与所述第一封油边之间还设有所述第三封油边；

所述第二反馈组件还包括第四封油边，所述第二进油孔与所述第二封油边之间还设有所述第四封油边。

进一步地，所述套筒上设有进油通道，所述进油通道分别与所述第一进油孔、所述第二进油孔连通。

进一步地，所述第一液体轴承包括第一回油槽，所述第一止推腔周向上具有封油侧边，所述第一止推腔通过所述封油侧边与所述第一回油槽连通；

所述第二液体轴承包括第二回油槽，所述第二止推腔沿周向上的两个侧边中至少具有封油侧边，所述第二止推腔通过所述封油侧边与所述第二回油槽连通。

进一步地，所述第一止推腔全周向的侧边为封油侧边；所述第二止推腔沿全周向的侧边为封油侧边。

进一步地，所述套筒上设有回油通道，所述第一回油槽、所述第二回油槽分别与所述回油通道连通。

进一步地，所述轴芯包括本体和配合体，所述配合体由所述本体往远离所述轴芯中心轴线的方向延伸，所述第一液体轴承、所述第二液体轴承均套设于所述本体外；所述第一液压轴承具有第一止推面，所述第一止推面与所述配合体之间形成第一止推间隙，所述第二液压轴承具有第二止推面，所述第二止推面与所述配合体之间形成第二止推间隙。

进一步地，所述配合体为所述轴芯中粗段。

进一步地，所述第一液体轴承上设有6组所述第一反馈组件，所述第二液体轴承上设有6组所述第二反馈组件。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

(1)该腔内反馈节流静压转台，通过将实现节流环节的结构直接设置于第一液体轴承的第一止推腔和第二液体轴承的第二止推腔内，且通过第一液体轴承、第二液体轴承与轴芯的配合，进而通过第一止推间隙、第一反馈组件、第一油路通道、第二止推间隙、第二反馈组件、第二油路通道之间的配合，使得轴芯在发生轴向移动时，第一止推间隙和第二止推间隙即发生变化；通过在轴承内设至节流反馈结构，使得节流响应路径减短，响应速度增快，通过主轴的位移，直接改变止推间隙(第一止推间隙和第二止推间隙)的大小，通过节流量的迅速改变实现了轴系刚度的大幅度变化，从而相对于现有技术中的静压转台提高了轴系的刚度和承载能力；

(2)通过第一止推间隙、第一反馈组件、第一油路通道、第二止推间隙、第二反馈组件、第二油路通道之间的配合，使得供油油路、轴承内部油腔和回油回路被较好地分隔和实现节流，克服了三列槽型油腔内反馈节流中供油油路与油腔油路通过封油边缝隙连通导致泄漏的固有不足，节流效果更好，轴系刚度更容易保证；

(3)结构十分紧凑，将节流环直接加工在液压轴承止推腔的内部，不需要单独的外置于油腔的节流环节，不会增加主轴的轴向跨距，有利于实现主轴的刚度优化；

(4)相比于腔外内反馈，静压转台的耗油量大幅降低；由于耗油量大幅度减少，回油不通畅的故障发生概率显著降低，也降低了油路的密度难度；

(5)摩擦面积减小，发热量减少；

(6)内反馈表面一直处于轴颈旋转油膜摩擦状态，不容易堵塞；

(7)该静压转台，转台转动精度高、稳定性好、承载力强。

附图说明

图1为本发明的腔内反馈节流静压转台的主剖结构示意图；

图2为本发明的止推腔腔内内反馈结构示意图；

图中：10、第一液体轴承；11、第一进油孔；12、第一集油槽；13、第一集油孔；14、第一封油边；15、第一止推腔；16、第一出油孔；17、第三封油边；18、第一回油槽；20、第二液体轴承；21、第二进油孔；22、第二集油槽；23、第二集油孔；24、第二封油边；25、第二止推腔；26、第二出油孔；27、第四封油边；28、第二回油槽；30、轴芯；31、配合体；40、套筒；41、第一油路通道；42、第二油路通道；43、进油通道；50、封油侧边。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1、2所示，本发明提供了一种腔内反馈节流静压转台，该静压转台包括第一液体轴承10、第二液体轴承20、套筒40和轴芯30，还包括第一油路通道41和第二油路通道42；第一液体轴承10套设于轴芯30前端，第二液体轴承20套设于轴芯30后端，轴芯30中部具有往远离其中心方向凸出延伸的配合体31，配合体31为轴芯30的中粗段，第一液体轴承10的端面与配合体31之间形成第一止推间隙，第二液体轴承20的端面与配合体31之间形成第二止推间隙，套筒40套设于第一液体轴承10、第二液体轴承20外；轴芯30往接近第二液体轴承20的方向移动时，第一止推间隙增大，第二止推间隙减小；轴芯30往接近第一液体轴承10的方向移动时，第一止推间隙减小，第二止推间隙增大，第一液体轴承10内设有第一反馈组件，第二液体轴承20内设有第二反馈组件。

具体地，第一反馈组件包括第一进油孔11、第一集油槽12、第一封油边14、第一止推腔15和第一出油孔16；第一进油孔11、第一集油槽12、第一止推腔15和第一止推间隙依次连通，第一集油槽12内设有第一集油孔13，第一集油槽12与第一止推腔15之间设有第一封油边14，第一止推腔15内设有第一出油孔16；第二液体轴承20设有第二反馈组件，第二反馈组件包括第二进油孔21、第二集油槽22、第二封油边24、第二止推腔25和第二出油孔26；第二进油孔21、第二集油槽22、第二止推腔25和第二止推间隙依次连通，第二集油槽22内设有第二集油孔23，第二集油槽22与第二止推腔25之间设有第二封油边24，第二止推腔25内设有第二出油孔26；第一集油孔13和第二出油孔26通过第一油路通道41连通，第二集油孔23与第一出油孔16通过第二油路通道42连通。

具体地，第一封油边14和第二封油边24用于阻流减压，第一止退腔和第二止推腔25用于承受轴向荷载；第一封油边14和第二封油边24为圆形封油边。

具体地，轴芯30采用中粗的等强度梁结构，以提高主轴刚性和抗变形能力。

具体地，该腔内反馈节流静压转台的工作原理如下：

油液由供油系统流入第一进油孔11或第二进油孔21，油液由第一进油孔11流入第一集油槽12，通过第一封油边14的设置，对油液起到阻流降压的作用，第一集油槽12内的大部分油液流入第一集油孔13，再通过第一油路通道41流向第二出油孔26，以流入第二止推腔25，第一集油槽12内的部分油液经过第一封油边14后流入第一止推腔15，与第一止推油腔中的第一出油孔16流出的油液汇合，汇合后的油液经过回油结构实现回油。

同理地，油液由第二进油孔21流入第二集油槽22，通过第二封油边24的设置，对油液起到阻流降压的作用，第二集油槽22内的大部分油液流入第二集油孔23，再通过第二油路通道42流向第一出油孔16，以流入第一止推腔15，第二集油槽22内的部分油液经过第二封油边24后流入第二止推腔25，与第二止推油腔中的第二出油孔26流出的油液汇合，汇合后的油液经过回油结构实现回油。

当对轴芯30受到轴向荷载时，轴芯30向接近第一液体轴承10或接近第二液体轴承20的方向移动。当轴芯30向接近第二液体轴承20的方向移动时，第一止推间隙增大，使得液阻减小，流量增大，使得油液流入第一集油槽12的流量增大，进而使得进入第一集油孔13的油液增加，油液从第一油路通道41流入第二出油孔26，再流入第二止推腔25；同时，当轴芯30向接近第二液体轴承20的方向移动时，第二止推间隙减小，使得液阻增大，流量减少；因此，第二液体轴承20的第二止推腔25内的压力，一方面由于由第一止推间隙的增大使得经由第一油路通道41流入第二止推腔25的来油(由第一液体轴承10流入的来油)的压力变大，另一方面由于第二止推间隙的减小，使得第二止推间隙与第二止推腔25之间液阻增大，也增加了第二止推腔25内的压力；此时可以使得第二止推腔25内的压力更大，而第一止推腔15内的压力更小，使得第一止推腔15和第二止推腔25之间具有压力差，该压力差作用在有效支撑面积上，可形成抵抗外载荷的反力。

同理地，当轴芯30往第一液体轴承10方向移动，使得第一止推间隙减小而第二止推间隙增大时的油液流动原理如上，且同样也可形成第一止推腔15与第二止推腔25之间的压力差，也可使得轴承具有抵抗外载荷的能力。

优选地，为了保证油压的稳定性，第一反馈组件还包括第三封油边17，第一进油孔11与第一封油边14之间还设有第三封油边17；第二反馈组件还包括第四封油边27，第二进油孔21与第二封油边24之间还设有第四封油边27；油液由第一进油孔11进一步流向第一集油孔13时，需要经过第三封油边17，油液经过第三封油边17可以实现压降，避免由于压力不稳定造成油液流动不稳定，油液经过压降后再由第一集油孔13流向第一油路通道41，节流效果好，有利于提高轴承的稳定性；同理地，第四封油边27起到的作用相同。

通过上述结构的设置，在轴承内设置了内反馈节流油路，使得油压稳定，使得轴承受到外载荷作用时，轴承具有抵抗外载荷的能力，故而轴承能够在较大的负载情况下只产生很小的位移，具有良好的轴系刚度和稳定性。

通过在第一液体轴承10和第二液体轴承20上分别设置第一反馈组件和第二反馈组件，且通过第一油路通道41和第二油路通道42连通两组反馈组件，使得将节流环节直接加工在液体轴承的止推腔内部，并利用止推间隙形成止推腔的进油液阻，可使得反馈组件尺寸达到最小，从而克服腔外内反馈的缺点，不需要单独的外置于油腔的节流环节，不会增加主轴的轴向跨距，有利于实现主轴的刚度优化；该腔内反馈节流静压转台，通过将实现节流环节的结构直接设置于第一液体轴承10和第二液体轴承20内，且通过第一液体轴承10、第二液体轴承20与轴芯30的配合，进而通过第一止推间隙、第一反馈组件、第一油路通道41、第二止推间隙、第二反馈组件、第二油路通道42之间的配合，使得轴芯30在发生轴向移动时，第一止推间隙和第二止推间隙即发生变化；通过在轴承内设至节流反馈结构，使得节流响应路径减短，响应速度增快，通过主轴的位移，直接改变止推间隙(第一止推间隙和第二止推间隙)的大小，通过节流量的迅速改变实现了静压转台的轴系刚度的大幅度变化，从而相对于现有技术中的静压转台提高了轴系刚度和承载能力。

优选地，为了保证轴承支承的稳定性，第一液体轴承10绕其中心轴线均匀设有多个第一反馈组件，第二液体轴承20绕其中心轴线均匀设有多个第二反馈组件；且在第一液体轴承10设有第一环形进液间隙，第一环形进液间隙上设有多个第一进油孔11，在第二液体轴承20设有第二环形进液间隙，第二环形进液间隙上设有多个第二进油孔21，使得油液进入第一环形进液间隙和第二环形进液间隙后，可以进入多个第一进油孔11或多个第二进油孔21，实现多条节流油路的连通，使得压力差产生地更加均匀，在外载荷下保持稳定性和刚度的能力更强。

优选地，为了实现油液进油，套筒40上设有进油通道43，进油通道43分别与第一环形进液间隙、第二环形进液间隙连通，进油通道43另一端与供油系统连通；在套筒40上设置进油通道43，有利于减少油路路径，有利于油路循环。当然，可以在第一液体轴承10和第二液体轴承20上均设置进油通道43，以分别实现第一环形进液间隙与供油系统、第二环形进液间隙与供油系统之间的连通。

优选地，为了实现油液回油，第一液体轴承10包括第一回油槽18，第一止推腔15的周向上具有封油侧边50，第一止推腔15通过封油侧边50与第一回油槽18连通，即油液由第一止推腔15流出，通过第一止推间隙流经封油侧边50，通过第一回油槽18回油；第二液体轴承20包括第二回油槽28，第二止推腔25的周向上的具有封油侧边50，第二止推腔25通过封油侧边50与第二回油槽28连通，即油液由第二止推腔25流出，通过第二止推间隙流经封油侧边50，通过第二回油槽28回油；第一回油槽18和第二回油槽28的另一端与供油系统连通，以实现回油；通过封油侧边50的设置，有利于实现油液的稳定回油。

优选地，第一止推腔15全周向的侧边为封油侧边50，；第二止推腔25全周向的侧边为封油侧边50；即油液通过第一止推间隙或第二止推间隙可360度流过封油侧边50以实现回油。

优选地，为了实现油液回油，套筒40上设有回油通道，第一回油槽18、第二回油槽28分别与回油通道连通。

具体地，通过第一回油槽18和第二回油槽28流出的油液全部流到轴芯30的中粗位置，套筒40内孔在轴芯30的中粗位置设有回油孔，油液流入回油孔流回供油系统，用于整体回油。

当然，油液的回油还可以如下方式实现：在第一止推腔15上设置第一回油孔，在第二止推腔25上设置第二回油孔，在套筒40上设置回油通道，回油通道与第一回油孔、第二回油孔均联通，且在第一回油孔和第二回油孔附近设置封油边，以实现油压稳定。

优选地，为了能够使得轴芯30在发生轴向位移时，轴承能够产生内反馈以抵抗外部载荷力，轴芯30包括本体和配合体31，配合体31由本体往远离轴芯30中心轴线的方向延伸，第一液体轴承10、第二液体轴承20均套设于本体外；第一液压轴承具有第一止推面，第一止推面与配合体31之间形成第一止推间隙，第二液压轴承具有第二止推面，第二止推面与配合体31之间形成第二止推间隙。通过轴承端面与轴芯30的配合，实现内反馈，反馈响应快。

优选地，为了使得轴承能够均匀地承受轴向载荷，第一液体轴承10上均布设有6组第一反馈组件，第二液体轴承20上均布设有6组第二反馈组件。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.腔内反馈节流静压转台，包括第一液体轴承、第二液体轴承、套筒和轴芯，还包括其特征在于：

还包括第一油路通道和第二油路通道；所述第一液体轴承和所述第二液体轴承均套设于所述轴芯外，所述套筒套设于所述第一液体轴承、所述第二液体轴承外；所述第一液体轴承与所述轴芯之间形成第一止推间隙，所述第二液体轴承与所述轴芯之间形成第二止推间隙；所述轴芯往接近所述第二液体轴承的方向移动时，所述第一止推间隙增大，所述第二止推间隙减小；所述轴芯往接近所述第一液体轴承的方向移动时，所述第一止推间隙减小，所述第二止推间隙增大；

所述第一液体轴承设有第一反馈组件，所述第一反馈组件包括第一进油孔、第一集油槽、第一封油边、第一止推腔和第一出油孔；所述第一进油孔、所述第一集油槽、所述第一止推腔和所述第一止推间隙依次连通；所述第一集油槽内设有第一集油孔，所述第一集油槽与所述第一止推腔之间设有所述第一封油边，所述第一止推腔内设有所述第一出油孔；

所述第二液体轴承设有第二反馈组件，所述第二反馈组件包括第二进油孔、第二集油槽、第二封油边、第二止推腔和第二出油孔；所述第二进油孔、所述第二集油槽、所述第二止推腔和所述第二止推间隙依次连通，所述第二集油槽内设有第二集油孔，所述第二集油槽与所述第二止推腔之间设有所述第二封油边，所述第二止推腔内设有所述第二出油孔；

所述第一集油孔和所述第二出油孔通过所述第一油路通道连通，所述第二集油孔和所述第一出油孔通过所述第二油路通道连通。

2.如权利要求1所述的腔内反馈节流静压转台，其特征在于：

所述第一液体轴承绕其中心轴线均匀设有多个所述第一反馈组件，所述第二液体轴承绕其中心轴线均匀设有多个所述第二反馈组件。

3.如权利要求1所述的腔内反馈节流静压转台，其特征在于：

所述第一反馈组件还包括第三封油边，所述第一进油孔与所述第一封油边之间还设有所述第三封油边；

所述第二反馈组件还包括第四封油边，所述第二进油孔与所述第二封油边之间还设有所述第四封油边。

4.如权利要求1所述的腔内反馈节流静压转台，其特征在于：

所述套筒上设有进油通道，所述进油通道分别与所述第一进油孔、所述第二进油孔连通。

5.如权利要求1所述的腔内反馈节流静压转台，其特征在于：

所述第一液体轴承包括第一回油槽，所述第一止推腔周向上具有封油侧边，所述第一止推腔通过所述封油侧边与所述第一回油槽连通；

所述第二液体轴承包括第二回油槽，所述第二止推腔沿周向上的两个侧边中至少具有封油侧边，所述第二止推腔通过所述封油侧边与所述第二回油槽连通。

6.如权利要求4所述的腔内反馈节流静压转台，其特征在于：

所述第一止推腔全周向的侧边为封油侧边；所述第二止推腔沿全周向的侧边为封油侧边。

7.如权利要求5所述的腔内反馈节流静压转台，其特征在于：

所述套筒上设有回油通道，所述第一回油槽、所述第二回油槽分别与所述回油通道连通。

8.如权利要求1所述的腔内反馈节流静压转台，其特征在于：

所述轴芯包括本体和配合体，所述配合体由所述本体往远离所述轴芯中心轴线的方向延伸，所述第一液体轴承、所述第二液体轴承均套设于所述本体外；所述第一液压轴承具有第一止推面，所述第一止推面与所述配合体之间形成第一止推间隙，所述第二液压轴承具有第二止推面，所述第二止推面与所述配合体之间形成第二止推间隙。

9.如权利要求8所述的腔内反馈节流静压转台，其特征在于：

所述配合体为所述轴芯中粗段。

10.如权利要求2所述的腔内反馈节流静压转台，其特征在于：

所述第一液体轴承上设有6组所述第一反馈组件，所述第二液体轴承上设有6组所述第二反馈组件。