CN112589599B - 液体动静压轴承主轴单元油腔磨削加工夹具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液体动静压轴承主轴单元油腔磨削加工夹具，由分度结构和外圆定位结构组成，分度结构的分度盘上设有用于连接主轴单元的通孔，外圆周右侧上沿圆周均布设有至少三个凸肩，右侧外圆周内设有环形槽，环形槽内对应凸肩的位置各自设有一个螺纹孔，凸肩的侧面均为平面，相邻侧面之间设有中心角为β的圆弧段，中心角β的圆弧段两侧与相邻两侧面的平行距离均为定位轴中心至定位轴定位面的垂直距离a/2，定位轴设置在分度盘的外圆周外侧，并与分度盘的环形槽配合定位，外圆定位结构的夹具体下面设有斜面连接座，上面设有V形凹槽，上方设有V型压板，V型压板上端通过连接杆连接顶端支架，顶端支架通过侧端支架与夹具体的后侧面固定连接。

Description

液体动静压轴承主轴单元油腔磨削加工夹具
技术领域
本发明涉及一种机床磨削加工夹具，尤其是一种磨床砂轮架动静压主轴单元轴承加工用的机床夹具。
背景技术
轴承是影响机床加工精度的关键基础件之一，其回转精度、防振性能和动刚性的提升问题越来越受到重视。除了滚动轴承外，支承用轴承还有动压滑动轴承和静压滑动轴承，其中动静压滑动轴承是在动压滑动轴承和静压滑动轴承的基础上发展起来的一种新型滑动轴承，较好利用了动压滑动轴承和静压滑动轴承的混合效应，目前在高精度磨床砂轮架主轴单元中应用较多。
图1是多油腔动静压轴承中的一种四油腔动静压轴承的剖视图，为了满足主轴回转精度要求，要求动静压轴承的四个油腔的深度尺寸δ、油腔之间的周向封油边尺寸m以及四个油腔沿圆周360゜均匀分布对应的中心角一致。此外，为了保证润滑油层流流动的流态，还要求油腔的油腔型面具有较高的表面光洁度，比如图1标示的粗糙度Ra0.8μm。
众所周知磨削轴承油腔时需要的磨削加工夹具须以外圆定位，通过手动驱动的摆动采用内圆磨具进行磨削加工，为了解决上述动静压轴承主轴单元油腔精密加工问题，急需设计一套适应不同规格尺寸的液体动静压轴承主轴单元的油腔加工的磨削加工夹具。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一套适应不同规格尺寸的液体动静压轴承主轴单元油腔磨削加工夹具，保证动静压油腔的加工精度。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：
一种液体动静压轴承主轴单元油腔磨削加工夹具，由用于主轴单元分度的分度结构和用于主轴单元定位的外圆定位结构组成，所述分度结构和外圆定位结构分别安装在磨床的工作台面上，且分度结构安装主轴单元的中心与外圆定位结构定位主轴单元的中心在同心中心线上，所述分度结构具有一个可旋转的分度盘，一个分度定位轴以及用于连接分度盘和主轴单元的插销，所述分度盘上设有用于连接主轴单元的通孔，所述分度盘外圆周右侧上沿圆周均布设有至少三个凸肩，右侧外圆周内设有环形槽，环形槽内对应每个凸肩的位置各自设有一个螺纹孔A，其中，一个螺纹孔A连接螺杆；所述分度盘外圆周左侧上沿圆周360゜设有四个螺纹孔B、一个通孔以及一个用于连接插销链条的螺纹孔C，其中，通孔处在两个邻近的凸肩中心角之间且相对于这两个凸肩对称，四个螺纹孔B连接用于将分度盘固定在主轴单元的外圆上的紧定螺钉，所述分度盘的每个凸肩的侧面均为平面，相邻侧面之间设有中心角为β的圆弧段，中心角β的圆弧段两侧与相邻两侧面的平行距离均为定位轴中心至定位轴定位面的垂直距离a/2，所述定位轴设置在分度盘的外圆周的外侧，并与分度盘的凸肩内的环形槽配合定位，所述定位轴通过支架与固定在磨床工作台面上的底座连接；所述外圆定位结构具有一个夹具体、一个V型压板，所述夹具体下面设有斜面连接座，所述夹具体上方设有V形凹槽，V型凹槽的前、后斜面之间的具有一个夹角ω，且后斜面和前斜面与前后铅锤面的角度均为ω/2，所述夹具体上方的V形凹槽上方设有V型压板，所述V型压板上端通过连接杆连接顶端支架，所述顶端支架通过侧端支架与夹具体的后侧面固定连接。
进一步，所述夹具体上方的V形凹槽的后斜面和前斜面上固定安装用于不同直径尺寸的主轴单元的不同厚度的调整垫块和耐磨垫片。
进一步，所述耐磨垫片上侧中心部位设有耐磨层，耐磨层为硬质合金。
进一步，所述V型压板的V型凹槽内粘结有软垫片。
进一步，所述V型压板上方设有一螺纹孔D；所述连接杆下端设有与V型压板的螺纹孔D活动连接的环槽结构，中间段为螺杆，顶端设有法兰；所述顶端支架前端沿前后和铅垂两个方向分别设有螺纹孔E，所述连接杆中间段通过顶端支架前端铅垂螺纹孔E后由锁紧螺钉通过顶端支架前端的前后方向的螺纹孔E将V型压板吊住。
进一步，所述夹具体下方设有内铅垂平面和斜平面，夹具体内铅垂平面内侧通过螺钉固定连接调整垫片，并通过连接螺杆和勾形压板采用垫圈和螺母将斜平面和增厚的调整垫片所形成的内铅垂平面与工作台固定连接。
进一步，所述底座底部分别设有侧平面和斜平面，侧平面和斜平面之间具有一个夹角α，且α为锐角；所述底座底部通过长螺杆和底座压板用垫圈和螺母将侧平面和斜平面与工作台相对应的表面发生接触而夹紧。
进一步，所述底座压板左侧设有凸状台阶，右侧为平面。
进一步，所述底座上方沿机床前后方向设有T型槽，底座的顶面为一水平面，所述T型槽内通过T型螺钉和垫圈及螺母将支架的底面与底座的顶面固定连接。
进一步，所述定位轴的一端为圆柱体，中间为截面边长为a的正四棱柱，另一端是在圆柱体上按平行宽度为b的距离削成两个平面；所述支架的上端沿机床前后方向设有一通孔，所述定位轴的圆柱体一端通过支架的通孔后保证另一端宽度b的两平面为铅垂方向，从而使定位轴中间段正四棱柱的上下表面处于上水平表面和下水平表面。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的液体动静压轴承主轴单元油腔磨削加工夹具由分度结构和外圆定位结构组成，改变外圆定位结构中的调整垫块和调整垫片的厚度，便于支撑不同规格尺寸主轴单元；改变分度结构中分度盘的内孔尺寸和凸肩数目，在适应不同尺寸规格主轴单元加工时可解决轴承多油腔的加工。本发明结构简单，调整方便，定位准确，大大提升了液体动静压轴承主轴单元油腔加工的加工精度，应用前景广阔。
附图说明
图1为本发明的液体动静压轴承多油腔结构中油腔数为四的动静压轴承结构剖视图；
图2为本发明的液体动静压轴承多油腔结构中套筒式动静压轴承主轴单元中间段开设工艺孔的结构剖视图；
图3为本发明的液体动静压轴承主轴单元多油腔结构中四油腔磨削加工夹具中分度结构的主视图；
图4为本发明的液体动静压轴承主轴单元油腔磨削加工夹具中外圆定位结构的主视图；
图5为本发明的液体动静压轴承主轴单元油腔磨削加工夹具使用过程中的前视图；
图6为分度结构中定位轴结构主视图；
图7为分度结构中定位轴结构右视图；
图8为分度结构中分度盘主视图；
图9为分度结构中分度盘左视图；
图中：1-分度盘、2-螺杆、3-插销、4-紧定螺钉、5-支架、6-定位轴、7-长螺杆、8-底座、9-底座压板、10-T型螺钉、11-螺母、12-垫圈、20-工作台、21-主轴单元、51-夹具体、52-V型压板、53-锁紧螺钉、54-连接杆、55-顶端支架、56-顶端螺钉、57-侧端支架、58-勾形压板、59-连接螺杆、60-调整垫片、61-软垫片、62-耐磨垫片、63调整垫块、101-侧表面、102-斜表面、103-侧面A、104-上表面、105-侧面B、106-顶面、107-T型槽、108-通孔、109-螺纹孔A、110-螺纹孔C、111-螺纹孔B、112-链条、113-后斜面、114-前斜面、115-工艺孔、116-斜平面、117-内铅垂平面、118-下表面。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
本发明的液体动静压轴承主轴单元油腔磨削加工夹具，由分度结构和外圆定位结构两部分组成，如图2~图9所示。加工四油腔的分度结构包括分度盘1、螺杆2、插销3、紧定螺钉4、支架5、定位轴6、长螺杆7、底座8、底座压板9、T型螺钉10、螺母11和垫圈12等。底座8下方的侧表面101和斜表面102为平面，侧表面101和斜表面102之间的夹角为锐角α；底座压板9左侧有凸状台阶，右侧为平面；底座8底部经长螺杆7和底座压板9后通过垫圈和螺母将侧表面101和斜表面102与工作台20相对应的表面发生接触而夹紧；底座8上方沿机床前后方向设有T型槽107，底座8的顶面106为一水平面，在底座8的T型槽107内放置T型螺钉10后通过垫圈12和螺母11将支架5的底面与底座8顶面106固定；定位轴6的一端为圆柱体，中间为截面边长为a的正四棱柱，另一端是在圆柱体的基础上按平行宽度为b的距离削成两个平面；支架5的上端沿机床前后方向设有一通孔，定位轴6圆柱体的一端通过支架5的通孔后保证另一端宽度b的两平面为铅垂方向，此时定位轴6中间段正四棱柱的上下表面为上表面104和下表面118；分度盘1设有内孔直径为D’的通孔，分度盘1右侧外表面两侧按圆周360°均布设有四个凸肩、中间设有宽度为b的环形槽，环形槽内对应四个凸肩的位置设有四个螺纹孔A109，一个螺纹孔A109连接螺杆2；分度盘1的左侧外表面按圆周360°设有四个的螺纹孔B111、一个直径为d的通孔108和一个螺纹孔C110，其中通孔108处在两个邻近的凸肩中心角之间且相对于这两个凸肩对称，四个螺纹孔B111外端连接有紧定螺钉4，螺纹孔C110通过链条112连有直径为d的插销3；分度盘1的四个凸肩的侧面A103和侧面B105皆为平面，侧面A103和侧面B105之间设有中心角为β的圆弧段，中心角β的圆弧段两侧与侧面A103和侧面B105的平行距离为a/2。外圆定位结构包括夹具体51、V型压板52、锁紧螺钉53、连接杆54、顶端支架55、顶端螺钉56、侧端支架57、勾形压板58、连接螺杆59、调整垫片60、软垫片61、耐磨垫片62和调整垫块63等，勾形压板58左侧有凸状台阶，右侧为平面；夹具体51下方设有内铅垂平面117和斜平面116，夹具体51内铅垂平面117内侧通过螺钉固连有调整垫片60再经连接螺杆59和勾形压板58后采用垫圈和螺母将斜平面116和因增加调整垫片60而形成的新内铅垂平面117与工作台20固连；夹具体51上方设有V形凹槽，V型凹槽的后斜面113和前斜面114之间的夹角为ω，后斜面113和前斜面114与前后铅垂面的角度皆为ω/2，后斜面113和前斜面114上可依次固定安装不同厚度的调整垫块63和耐磨垫片62，耐磨垫片62上侧中心部位设有耐磨层，耐磨层可为硬质合金；夹具体51的后侧通过螺钉固连侧端支架57的下端，侧端支架57顶端通过顶端螺钉56向前端固连有顶端支架55；V型压板52下方设有V型凹槽，该V型凹槽内粘结有软垫片61，V型压板52上方设有一螺纹孔D；连接杆54下端设有可与V型压板52的螺纹孔D活动连接的环槽结构，中间段为螺杆，顶端设有法兰；顶端支架55前端沿前后和铅垂两个方向分别设有螺纹孔E，连接杆54中间段通过顶端支架55前端铅垂螺纹孔E后由锁紧螺钉53通过顶端支架55前端的前后方向的螺纹孔E将V型压板52吊住。
本发明的具体实施例：
具体的分度结构如图3所示：图中双点划线表示主轴单元21，轴承装配在轴承套筒之中。从图3中可以看出，分度结构通过底座8固定在磨床工作台面上，台面角度α，两个结合面分别是101、102，用底座压板9和长螺杆7及螺母固定。上面有一个支架5，可以沿着结合面106前后调整位置，用T型槽107中的T型螺钉10、螺母11、垫圈12固定。支架5上端通过定位轴6确定分度盘1的旋转位置，达到分度的目的，根据测算，分度值为β，以定位轴平面104、118分别与分度盘凸肩侧面103、105接触为准，定位轴中心到104、118的距离都为a/2，定位轴平面104、118接触到分度盘凸肩侧面103、105平面时，定位轴中心的两个极限位置之间的角度就是β值，注意到103、105平面与极限位置时的定位轴中心平行，其平行距离也是a/2。分度前，先将插销3（图5）同时插入分度盘1直径为d的通孔108以及主轴单元21工艺孔115进行定向，插销3通过开口销与链条112联接，链条112另一端通过螺钉与分度盘的螺纹孔C110联接，以防止插销3遗失。随后通过紧定螺钉件4在螺纹孔B111（图3）中拧紧，将分度盘1固定在主轴单元21的外圆上，扳动螺杆2就可以使主轴单元21作来回摆动旋转，结合工作台纵向直线运动，就可以进行磨削加工，当加工完一腔，需要加工另一腔时，须松开T型螺钉10、螺母11、垫圈12，搬动螺杆2，使主轴单元21转到下一位置，然后旋下螺杆2，旋入下一个相应的螺纹孔A109（图9），便于做与上面相同的操作。
根据图3，工作时定位轴6尺寸宽为 b的头部（如图6）插入分度盘尺寸为b的环形槽内（如图9），有利于工件在磨削过程中抵消一部分由磨削而产生的轴向分力，从而提高磨削质量。必要时在主轴单元21端面装上闷头，在闷头的端面镶有钢球，并用平顶尖与之接触，用来克服由磨削而产生的轴向分力，则效果更佳。
具体的外圆定位结构（如图4）描述如下：
外圆定位结构通过变换调整垫块63的厚度k，可以装夹不同直径的主轴单元21。夹具体51通过结合面116、117用勾形压扳58和连接螺杆59、螺母固定在工作台面上，台面角度是α。调整垫片件60用于修补外圆定位结构中心O的前后位置，该中心到V型面113和114的角度ω/2相等，也就是两个V型面相对于其中心对称,总的V型角度是ω。夹具体一共有两个，分别放置在主轴单元21的前后相应位置（如图5），主轴单元21装夹位置直径是D,在主轴单元21与夹具体51之间，配有相应的垫片，垫片也有两种，就是调整垫块63和耐磨垫片62，调整垫块63配有不同的厚度k, 耐磨垫片62的厚度为h0, 总的垫片厚度为k+ h0,二者按照不同的组合可以得到不同的装夹直径, 使主轴单元正确定位，然后通过侧端支架57、顶端螺钉56、顶端支架55、连接杆54、V型压板52、软垫片61等夹紧工件，夹紧力不能太大，既要夹紧工件，同时要保证主轴单元21能在加工时进行正常的摆动旋转和工作时的转动，其中软垫片61为非金属材料，用以保护工件表面。
磨削加工前，先要进行如下动作：
（1）工作台20上沿头尾架方向在左右两侧位置放置两个外圆定位结构，在夹具体51的V型凹槽上方放置主轴单元21后，当主轴单元21的中心O与机床头尾架中心线不重合时，改变夹具体51下方内侧的调整垫片60厚度，使主轴单元21中心O的前后位置与头尾架的中心线的前后一致；改变夹具体51上方V型凹槽的后斜面113和前斜面114上调整垫块63的厚度k，使主轴单元21中心O的高度与头尾架中心线的高度一致；
（2）之后根据主轴单元21外圆直径D的大小选用内孔直径D’大于D的分度盘1，将分度盘1套入主轴单元21后通过定位轴6中距离为b的一端插入分度盘1宽度为b的环形槽，限制主轴单元21沿头尾架中心线方向的侧向移动；并将插销3通过分度盘1的通孔108插入主轴单元21的工艺孔115内，限制主轴单元21相对于分度盘1绕圆周方向的转动；并在螺纹孔B111内通过紧定螺钉4将分度盘和主轴单元21压紧而限制分度盘1沿头尾架中心线方向的滑动。
完成上述动作后，扳动螺杆2使分度盘1带动主轴单元21绕头尾架中心线摆动，使分度盘1的侧面A103和侧面B105分别和定位轴6的上表面104和下表面118接触，此时将内圆磨杆伸进轴承孔内按磨床的运动关系加工主轴单元的油腔。
以上所述仅为本发明的较佳具体实施例而已，并非用以限定本发明的范围。凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均同理包含于本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种液体动静压轴承主轴单元油腔磨削加工夹具，由用于主轴单元分度的分度结构和用于主轴单元定位的外圆定位结构组成，所述分度结构和外圆定位结构分别安装在磨床的工作台面上，且分度结构安装主轴单元的中心与外圆定位结构定位主轴单元的中心在同心中心线上，其特征在于：所述分度结构具有一个可旋转的分度盘，一个分度定位轴以及用于连接分度盘和主轴单元的插销，所述分度盘上设有用于连接主轴单元的通孔，所述分度盘外圆周右侧上沿圆周均布设有至少三个凸肩，右侧外圆周内设有环形槽，环形槽内对应每个凸肩的位置各自设有一个螺纹孔A，其中，一个螺纹孔A连接螺杆；所述分度盘外圆周左侧上沿圆周360゜设有四个螺纹孔B、一个通孔以及一个用于连接插销链条的螺纹孔C，其中，通孔处在两个邻近的凸肩中心角之间且相对于这两个凸肩对称，四个螺纹孔B连接用于将分度盘固定在主轴单元的外圆上的紧定螺钉，所述分度盘的每个凸肩的侧面均为平面，相邻侧面之间设有中心角为β的圆弧段，中心角β的圆弧段两侧与相邻两侧面的平行距离均为定位轴中心至定位轴定位面的垂直距离a/2，所述定位轴设置在分度盘的外圆周的外侧，并与分度盘的凸肩内的环形槽配合定位，所述定位轴通过支架与固定在磨床工作台面上的底座连接；所述外圆定位结构具有一个夹具体、一个V型压板，所述夹具体下面设有斜面连接座，所述夹具体上方设有V形凹槽，V型凹槽的前、后斜面之间的具有一个夹角ω，且后斜面和前斜面与前后铅锤面的角度均为ω/2，所述夹具体上方的V形凹槽上方设有V型压板，所述V型压板上端通过连接杆连接顶端支架，所述顶端支架通过侧端支架与夹具体的后侧面固定连接。
2.根据权利要求1所述的液体动静压轴承主轴单元油腔磨削加工夹具，其特征在于：所述夹具体上方的V形凹槽的后斜面和前斜面上固定安装用于不同直径尺寸的主轴单元的不同厚度的调整垫块和耐磨垫片。
3.根据权利要求2所述的液体动静压轴承主轴单元油腔磨削加工夹具，其特征在于：所述耐磨垫片上侧中心部位设有耐磨层，耐磨层可为硬质合金。
4.根据权利要求1所述的液体动静压轴承主轴单元油腔磨削加工夹具，其特征在于：所述V型压板的V型凹槽内粘结有软垫片。
5.根据权利要求1所述的液体动静压轴承主轴单元油腔磨削加工夹具，其特征在于：所述V型压板上方设有一螺纹孔D；所述连接杆下端设有与V型压板的螺纹孔D活动连接的环槽结构，中间段为螺杆，顶端设有法兰；所述顶端支架前端沿前后和铅垂两个方向分别设有螺纹孔E，所述连接杆中间段通过顶端支架前端铅垂螺纹孔E后由锁紧螺钉通过顶端支架前端的前后方向的螺纹孔E将V型压板吊住。
6.根据权利要求1所述的液体动静压轴承主轴单元油腔磨削加工夹具，其特征在于：所述夹具体下方设有内铅垂平面和斜平面，夹具体内铅垂平面内侧通过螺钉固定连接调整垫片，并通过连接螺杆和勾形压板采用垫圈和螺母将斜平面和增厚的调整垫片所形成的内铅垂平面与工作台固定连接。
7.根据权利要求1所述的液体动静压轴承主轴单元油腔磨削加工夹具，其特征在于：所述底座底部分别设有侧平面和斜平面，侧平面和斜平面之间具有一个夹角α，且α为锐角；所述底座底部通过长螺杆和底座压板用垫圈和螺母将侧平面和斜平面与工作台相对应的表面发生接触而夹紧。
8.根据权利要求7所述的液体动静压轴承主轴单元油腔磨削加工夹具，其特征在于：所述底座压板左侧设有凸状台阶，右侧为平面。
9.根据权利要求1所述的液体动静压轴承主轴单元油腔磨削加工夹具，其特征在于：所述底座上方沿机床前后方向设有T型槽，底座的顶面为一水平面，所述T型槽内通过T型螺钉和垫圈及螺母将支架的底面与底座的顶面固定连接。
10.根据权利要求1所述的液体动静压轴承主轴单元油腔磨削加工夹具，其特征在于：所述定位轴的一端为圆柱体，中间为截面边长为a的正四棱柱，另一端是在圆柱体上按平行宽度为b的距离削成两个平面；所述支架的上端沿机床前后方向设有一通孔，所述定位轴的圆柱体一端通过支架的通孔后保证另一端宽度b的两平面为铅垂方向，从而使定位轴中间段正四棱柱的上下表面处于上水平表面和下水平表面。
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