CN113210641A - 一种高速机床电主轴动态精度调整装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高速机床电主轴动态精度调整装置，包括：系统密封装置、液压预紧装置、轴承外圈旋转装置、轴系回转误差缩减装置；所述系统密封装置由若干O形密封圈与唇形密封圈构成，用于各部件之间的液压密封；所述液压预紧装置用于轴承预紧，其主要由各部件间形成的楔形密封腔构成，通过液压油压力使第二活动阀浮在液压油表面；此外该液压预装置通过将液压油引入位置相对的楔形密封腔，使第二活动阀受相反作用力，以此消除油压波动，同时滤波装置也在一定程度上降低油压波动；所述轴承外圈旋转装置用于调整各轴承外圈的相对位置，避免各轴承外圈滚道谐波的波峰或波谷在同一轴线方向上，从而减小轴承组内圈的整体跳动；所述轴系回转误差缩减装置用于减小轴端受力时的跳动误差。

Description

一种高速机床电主轴动态精度调整装置

技术领域

本发明涉及高速机床领域，具体是一种高速机床电主轴动态精度调整装置。

背景技术

众所周知，机床被誉为工业母机，机床自身零部件的加工与装配精度决定了其加工出零件精度，影响机床加工精度的因素较多，而机床电主轴的装配与制造精度是影响机床加工精度的主要原因之一；而电主轴的回转精度取决于其所采用轴承的回转精度；目前我国在高端轴承领域还落后于欧美以及日本等国家。近年来，我国生产的高速电主轴其动态回转精度已逐步提高，但其动态精度保持时间较短即轴承在工作过程中，受到工作载荷，长期受热、以及不合理的预紧力等因素影响，使高速电主轴动态精度保持时间较短。

然而，通过研究发现轴承内外圈滚道圆度误差幅值、圆度误差谐波次数、轴承组内各轴承内外圈滚道谐波波峰与波谷相对位置以及轴承预紧量的大小对轴承回转精度都有较大影响。

高速电主轴在低速重载时需要通过加大轴承预紧量来提高轴承刚度，而在高速轻载时，需要减小其预紧量避免发热量过大；但目前电主轴装配普遍采用固定预紧的方式，这使得电主轴不能根据具体工况调整预紧量；电主轴的装配不会考虑轴承组内外圈滚道谐波波峰与波谷相对位置，且轴承某部位在长期受载后会造成轴承滚道不均匀磨损，这会导致轴承某方向振动量偏大，这也增大了主轴回转误差；电主轴在更换轴承时往往一批轴承同时更换，无法精确测定每个轴承的工作状况，这增大了用户开支，急需解决此技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速机床电主轴动态精度调整装置，解决主轴在旋转时轴端跳动误差偏大、且可精确测定每个轴承的工作状况的技术问题。

为实现上述发明目的，本发明提供的一种高速机床电主轴动态精度调整装置包括：

系统密封装置、液压预紧装置、轴承外圈旋转装置、轴系回转误差缩减装置，且主轴上第一电主轴动态精度调整装置、第二电主轴动态精度调整装置、第三电主轴动态精度调整装置、

第四电主轴动态精度调整装置内部结构相同。

进一步，所述系统密封装置由第一挡板、第一活动阀、第一基座、第二活动阀、第二基座、第三活动阀、第二挡板、第一密封槽、第二密封槽、第三密封槽、第四密封槽、第五密封槽、第六密封槽、第七密封槽、第八密封槽、第九密封槽、第十密封槽、第十一密封槽、第十九密封槽、第二十密封槽、第十二密封槽、第十三密封槽、第十四密封槽、第十五密封槽、第十六密封槽、第一固定螺栓、第一密封螺栓、第一唇形密封圈、第一O形密封圈、第二唇形密封圈、第二O形密封圈、第三O形密封圈、第二固定螺栓、第二密封螺栓、第四O形密封圈、第五O形密封圈、第三密封螺栓、第三唇形密封圈、第四唇形密封圈、第六O形密封圈构成；

所述第一挡板与第一活动阀通过第一密封槽、第二密封槽、第七密封槽、第十密封槽、第一唇形密封圈、第二唇形密封圈之间的配合实现密封；

所述第一挡板与第一基座通过若干第二固定螺栓固定连接，二者通过第三密封槽、第十九密封槽、第三O形密封圈之间的配合实现密封；

所述第一活动阀与第一基座通过第六密封槽、第八密封槽、第九密封槽、第十一密封槽、第二十密封槽、第十二密封槽、第一O形密封圈、第二O形密封圈、第三唇形密封圈、第四唇形密封圈之间的配合实现密封；

所述第一活动阀与第二活动阀通过若干第一固定螺栓固定连接，二者通过第四密封槽、第五密封槽、第十四密封槽、第十五密封槽、第四O形密封圈、第五O形密封圈之间的配合实现密封；

所述第一基座、第二活动阀通过第十三密封槽、第十六密封槽、第六O形密封圈之间的配合实现密封；

所述第二活动阀、第二基座、第三活动阀、第二挡板之间的密封方式与第一挡板、第一活动阀、第一基座、第二活动阀之间的密封方式相同；

所述第一密封螺栓、第二密封螺栓、第三密封螺栓分别用于第二阻尼孔、第五导流槽、第九阻尼孔一端工艺孔的密封。

进一步，所述液压预紧装置由第三导流槽、第一通气孔、第三固定螺栓、第一弹簧、第一活塞、第一阻尼孔、第四导流槽、第三通气孔、第五固定螺栓、第三弹簧、第三活塞、第五阻尼孔、第五导流槽、第一输入口、第六导流槽、第一表面、第一楔形腔、斜面、第二表面、第三表面、第七导流槽、第七固定螺栓、第二输出口、第八导流槽、第九导流槽、第八固定螺栓、第一引流腔、第九固定螺栓、第十导流槽、第三输出口、第十一导流槽、第二楔形腔构成；

所述第一输入口、第六导流槽、第七导流槽构成一条油路，将液压油引入预紧装置内，第七固定螺栓将第七导流槽一侧的工艺孔密封，保证油液不泄露；所述第一基座、第二基座安装后，二者上的第三导流槽共同构成一条油路，此油路与第七导流槽、第六导流槽连通；所述第五导流槽分别与第五阻尼孔、第一阻尼孔、第四导流槽、第一楔形腔连通；通过上述结构，液压油从第一输入口进入第一楔形腔内，采用同样的结构，液压油从第一输入口进入第二楔形腔内；

所述第一通气孔、第三固定螺栓、第一弹簧、第一活塞共同构成滤波装置，液压泵输出的油压随时间会有波动，液压油压力的波动会降低液压执行机构的运动精度；所述滤波装置在油压处于波峰时第一弹簧被压缩，在油压处于波谷时第一弹簧复位，以此减小或消除油压波动；所述第一通气孔用于平衡气压；所述第三通气孔、第五固定螺栓、第三弹簧、第三活塞所构成的滤波装置与第一通气孔、第三固定螺栓、第一弹簧、第一活塞构成滤波装置功能相同；

所述第二输出口依次与第八导流槽、第九导流槽连通，第八固定螺栓将第九导流槽一侧的工艺孔密封；所述第三输出口依次与第十一导流槽、第一引流腔、第十导流槽连通；第九固定螺栓将第十导流槽一侧的工艺孔密封；通过上述结构，液压油分别从第一楔形腔、第二楔形腔经第二输出口、第三输出口流出；

所述第一表面、斜面、第二表面、第三表面构成的楔形空间内，具有一定粘性的液压油以一定流速由大口流向小口，这形成了流体动压润滑；所述第二活动阀中第十六密封槽左侧的斜面受到径向力Fr、轴向力Fa，同样地，第二活动阀中第十六密封槽右侧的斜面受受到径向力Fr、轴向力Fa，由于径向力Fr、Fr分别沿圆周方向合力为零，第二活动阀浮在液压油中；所述第二输出口、第三输出口分别与比例溢流阀连接；所述比例溢流阀通过控制第一楔形腔、第二楔形腔内部压强进而控制Fa、Fa大小，Fa、Fa的相对大小决定第二活动阀轴向运动的方向以及其移动的位移量，且第二活动阀与轴承外圈固定连接，第二活动阀的移动实现轴承预紧；所述比例溢流阀具有压力连续调节功能，进而实现轴承预紧量的连续调整；所述第十三密封槽、第十六密封槽、第六O形密封圈所构成的密封系统目的是将第一楔形腔、第二楔形腔隔开，通过控制其输出端的比例溢流阀，使二者内部压强不同进而实现Fa、Fa相对大小不同；

所述第一楔形腔、第二楔形腔均是从第一输入口引入液压油，液压油的波动使得Fa、Fa大小出现波动，但由于Fa、Fa方向相反且Fa、Fa的波峰与波谷同时出现，相互抵消，因此液压油波动对轴承预紧量大小的影响被缩减。

进一步，所述轴承外圈旋转装置由第二活塞、第二弹簧、第二通气孔、第四固定螺栓、第二阻尼孔、第三阻尼孔、第四阻尼孔、第三密封螺栓、第六固定螺栓、第六阻尼孔、第七阻尼孔、第四活塞、第八阻尼孔、锥形腔、第四弹簧、第九阻尼孔、第十阻尼孔、第十一阻尼孔、压电传感器、导向槽、第九O形密封圈、第三楔形腔、第十二阻尼孔、第十固定螺栓、第十二导流槽、第十三导流槽、位置检测装置构成；

所述第六固定螺栓通过螺纹固定在第二活动阀中，其中间开有第六阻尼孔；所述第四活塞与第二活动阀活动链接，其内部开有第七阻尼孔，其锥形端部横向开有第八阻尼孔，其端部通过第四弹簧与第二活动阀连接；所述第四活塞端部锥形表面在第四弹簧压缩后与锥形腔表面密封接触；

所述第二活塞、第二弹簧、第二通气孔、第四固定螺栓所构成的滤波装置与第一通气孔、第三固定螺栓、第一弹簧、第一活塞共同构成滤波装置功能相同；

所述第十阻尼孔、第十一阻尼孔、第九阻尼孔、第三阻尼孔、第二阻尼孔、第四阻尼孔依次连通，将液压油引入第二楔形腔内；所述第三密封螺栓用于第九阻尼孔一端工艺孔的密封；

所述第九O形密封圈安装在第一基座内表面凹槽内，用于导向槽密封，使液压油仅从第三楔形腔沿着收敛空间进入第十二阻尼孔内，进而经过第十三导流槽从第十二导流槽流出；所述第十固定螺栓用于第十三导流槽一端工艺孔的密封；

所述第二活动阀内表面均布若干压电传感器用于检测轴承各方向振动；轴系上并列较多轴承时，各轴承内外圈滚道圆度误差谐波波峰与波谷的不同搭配对旋转的轴承内圈径向跳动有较明显影响；所述压电传感器收集振动信号，机床系统检测出各轴承振动较明显的位置，通过使第一活动阀、第二活动阀、第三活动阀转动一定角度，通过位置检测装置检测出第一活动阀、第二活动阀、第三活动阀实际转角，进而实现轴承外圈一定角度调整，使轴承内外圈圆度误差谐波波峰与波谷配合达到最佳状态，使轴承内圈跳动减小；为避免轴承某部位在长期受载后造成轴承滚道不均匀磨损而导致的轴承某方向振动量偏大，定期使第一活动阀、第二活动阀、第三活动阀、轴承外圈旋转一定角度，避免轴承滚道某部位长期受载，来减小轴承不均匀磨损；

所述第一活动阀中的第三楔形腔与第十二阻尼孔方向与第三活动阀中的第三楔形腔与第十二阻尼孔方向相反。

进一步，所述轴系回转误差缩减装置由隔板、第七O形密封圈、第八O形密封圈、T形槽、第一轴线、第二轴线、第三轴线、第一油路、第四楔形腔、第五楔形腔、第二油路构成；

所述第二活动阀被八个隔板以及第十六密封槽等分为八个独立空间；所述隔板通过T形槽固定在第二活动阀斜面上，其边缘固定有第七O形密封圈、第八O形密封圈用于密封各个空间；当电主轴轴系不使用液压预紧装置且轴端不受力时，轴旋转轴线为第一轴线；轴端受力时，轴旋转轴线为第三轴线；当电主轴轴系使用液压预紧装置且轴端受力时，第五楔形腔内部油压增大，压电传感器检测到压力变化后控制液压阀，通过第一油路、第二油路调整第四楔形腔、第五楔形腔内部压强，使U减小、U增加，进而使轴旋转轴线为第二轴线，因此使轴在旋转时轴端跳动误差减小。

由此可见，与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明采用液压推动轴承外圈实现预紧，在预紧时轴承外圈所固定的第二活动阀在液压压力作用下浮起，这使得第二活动阀表面受均布压力；

二、第二活动阀表面仅受到液体摩擦，在轴承预紧时易于重复推动轴承外圈，实现不同的预紧量，避免在重复调整预紧量时轴承外圈与轴承座相互干摩擦，降低表面质量；

三、由于液压泵出口压力存在波动，在第二活动阀对称位置所构成的楔形腔内引入液压油使该机构受对称作用力，第二活动阀两侧油压同时达到波峰与波谷，使油压波动引起的位移偏差相互抵消，轴承外圈轴向预紧量误差降低，此外在不同油路连接滤波装置，也降低了油压波动；

四、主轴上安装较多轴承时，各轴承内外圈滚道圆度误差谐波波峰与波谷的不同搭配对旋转的轴承内圈径向跳动有较明显影响；第一活动阀、第二活动阀、第三活动阀固定连接，第一活动阀与第三活动阀在油压作用下实现一定角度旋转，使轴承内外圈圆度误差谐波波峰与波谷配合可达到最佳状态，进而使轴承内圈跳动减小；以及

五、电主轴轴端受力时，轴端向施力方向运动，主轴另一端沿施力反方向运动，这使得主轴回转中心与不受力时主轴回转中心产生交叉，使轴端跳动量较大，本发明通过将第二活动阀构成的楔形腔分成若干区间，当压电传感器检测到某个腔内压力增高时，系统控制该油腔压力提高其刚度，同时在施力点的另一端，力的反方向调整油压，提高该油腔内液压油刚度；从而使主轴受力时的回转轴线平行于轴不受力时的回转轴线，这降低了轴端跳动。

附图说明

图1为高速电主轴装配图。

图2为电主轴动态精度调整装置第一装配图。

图3为电主轴动态精度调整装置第二装配图。

图4为第一挡板剖视图。

图5为第一活动阀剖视图。

图6为第一基座第一剖视图。

图7为第一基座第二剖视图。

图8为第二活动阀剖视图。

图9为电主轴动态精度调整装置L向图。

图10为电主轴动态精度调整装置A-A剖视图。

图11为电主轴动态精度调整装置局部放大视图。

图12为电主轴动态精度调整装置B-B剖视图。

图13为电主轴动态精度调整装置C-C剖视图。

图14为电主轴动态精度调整装置D-D剖视图。

图15为电主轴动态精度调整装置局部剖视图。

图16为第二活动阀结构图。

图17为隔板局部放大视图。

图18为轴承外圈液压旋转装置结构图。

图19为轴承外圈液压旋转装置第一局部放大视图。

图20为轴承外圈液压旋转装置第二局部放大视图。

图21为高速电主轴轴系受力变形图。

图22为高速机床电主轴动态精度调整装置第一液压线路图。

图23为高速机床电主轴动态精度调整装置第二液压线路图。

其中，图中的标号为：

1-第一电主轴动态精度调整装置、2-第二电主轴动态精度调整装置、3-主轴、4-第三电主轴动态精度调整装置、5-第四电主轴动态精度调整装置、6-轴承外圈、7-轴承内圈、8-第一挡板、9-第一活动阀、10-第一基座、11-第二活动阀、12-第二基座、13-第三活动阀、14-第二挡板、15-第一密封槽、16-第二密封槽、17-第三密封槽、18-第四密封槽、19-第五密封槽、20-第六密封槽、21-第七密封槽、22-第八密封槽、23-第九密封槽、24-第十密封槽、25-第十一密封槽、26-第十九密封槽、27-第二十密封槽、28-第十二密封槽、29-第三导流槽、30-第十三密封槽、31-第十四密封槽、32-第十五密封槽、33-第十六密封槽、36-第一固定螺栓、37-第一密封螺栓、38-第一唇形密封圈、39-第一O形密封圈、40-第二唇形密封圈、41-第二O形密封圈、42-第三O形密封圈、43-第二固定螺栓、44-第一通气孔、45-第三固定螺栓、46-第一弹簧、47-第一活塞、48-第一阻尼孔、49-第二密封螺栓、50-第四导流槽、51-第四O形密封圈、52-第二活塞、53-第二弹簧、54-第二通气孔、55-第四固定螺栓、56-第五O形密封圈、57-第二阻尼孔、58-第三阻尼孔、59-第四阻尼孔、60-第三密封螺栓、61-第三唇形密封圈、62-第三通气孔、63-第五固定螺栓、64-第三弹簧、65-第三活塞、66-第四唇形密封圈、67-第五阻尼孔、68-第五导流槽、69-第六O形密封圈、70-第六固定螺栓、71-第六阻尼孔、72-第七阻尼孔、73-第四活塞、74-第八阻尼孔、75-锥形腔、76-第四弹簧、77-第九阻尼孔、78-第十阻尼孔、79-第十一阻尼孔、80-第一输入口、81-第六导流槽、82-第一表面、83-第一楔形腔、84-斜面、85-第二表面、86-第三表面、87-第七导流槽、88-第七固定螺栓、89-第二输出口、90-第八导流槽、91-第九导流槽、92-第八固定螺栓、93-第一引流腔、94-第九固定螺栓、95-第十导流槽、96-第三输出口、97-第十一导流槽、98-隔板、99-压电传感器、100-第七O形密封圈、101-第八O形密封圈、102-T形槽、103-导向槽、104-第九O形密封圈、105-第三楔形腔、106-第十二阻尼孔、107-第十固定螺栓、108-第十二导流槽、109-第十三导流槽、110-第二楔形腔、111-第一轴线、112-第二轴线、113-第三轴线、114-第一油路、115-第四楔形腔、116-第五楔形腔、117-第二油路、118-位置检测装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例中，一种高速机床电主轴动态精度调整装置，包括：系统密封装置、液压预紧装置、轴承外圈旋转装置、轴系回转误差缩减装置，且主轴3上第一电主轴动态精度调整装置1、第二电主轴动态精度调整装置2、第三电主轴动态精度调整装置4、第四电主轴动态精度调整装置5内部结构相同。。

参见图2-图11，所述系统密封装置由第一挡板8、第一活动阀9、第一基座10、第二活动阀11、第二基座12、第三活动阀13、第二挡板14、第一密封槽15、第二密封槽16、第三密封槽17、第四密封槽18、第五密封槽19、第六密封槽20、第七密封槽21、第八密封槽22、第九密封槽23、第十密封槽24、第十一密封槽25、第十九密封槽26、第二十密封槽27、第十二密封槽28、第十三密封槽30、第十四密封槽31、第十五密封槽32、第十六密封槽33、第一固定螺栓36、第一密封螺栓37、第一唇形密封圈38、第一O形密封圈39、第二唇形密封圈40、第二O形密封圈41、第三O形密封圈42、第二固定螺栓43、第二密封螺栓49、第四O形密封圈51、第五O形密封圈56、第三密封螺栓60、第三唇形密封圈61、第四唇形密封圈66、第六O形密封圈69构成；

所述第一挡板8与第一活动阀9通过第一密封槽15、第二密封槽16、第七密封槽21、第十密封槽24、第一唇形密封圈38、第二唇形密封圈40之间的配合实现密封；

所述第一挡板8与第一基座10通过若干第二固定螺栓43固定连接，二者通过第三密封槽17、第十九密封槽26、第三O形密封圈42之间的配合实现密封；

所述第一活动阀9与第一基座10通过第六密封槽20、第八密封槽22、第九密封槽23、第十一密封槽25、第二十密封槽27、第十二密封槽28、第一O形密封圈39、第二O形密封圈41、第三唇形密封圈61、第四唇形密封圈66之间的配合实现密封；

所述第一活动阀9与第二活动阀11通过若干第一固定螺栓36固定连接，二者通过第四密封槽18、第五密封槽19、第十四密封槽31、第十五密封槽32、第四O形密封圈51、第五O形密封圈56之间的配合实现密封；

所述第一基座10、第二活动阀11通过第十三密封槽30、第十六密封槽33、第六O形密封圈69之间的配合实现密封；

所述第二活动阀11、第二基座12、第三活动阀13、第二挡板14之间的密封方式与第一挡板8、第一活动阀9、第一基座10、第二活动阀11之间的密封方式相同；

所述第一密封螺栓37、第二密封螺栓49、第三密封螺栓60分别用于第二阻尼孔57、第五导流槽68、第九阻尼孔77一端工艺孔的密封；

所述液压预紧装置由第三导流槽29、第一通气孔44、第三固定螺栓45、第一弹簧46、第一活塞47、第一阻尼孔48、第四导流槽50、第三通气孔62、第五固定螺栓63、第三弹簧64、第三活塞65、第五阻尼孔67、第五导流槽68、第一输入口80、第六导流槽81、第一表面82、第一楔形腔83、斜面84、第二表面85、第三表面86、第七导流槽87、第七固定螺栓88、第二输出口89、第八导流槽90、第九导流槽91、第八固定螺栓92、第一引流腔93、第九固定螺栓94、第十导流槽95、第三输出口96、第十一导流槽97、第二楔形腔110构成；

所述第一输入口80、第六导流槽81、第七导流槽87构成一条油路，将液压油引入预紧装置内，第七固定螺栓88将第七导流槽87一侧的工艺孔密封，保证油液不泄露；所述第一基座10、第二基座12安装后，二者上的第三导流槽29共同构成一条油路，此油路与第七导流槽87、第六导流槽81连通；所述第五导流槽68分别与第五阻尼孔67、第一阻尼孔48、第四导流槽50、第一楔形腔83连通；通过上述结构，液压油从第一输入口80进入第一楔形腔83内，采用同样的结构，液压油从第一输入口80进入第二楔形腔110内；

所述第一通气孔44、第三固定螺栓45、第一弹簧46、第一活塞47共同构成滤波装置，液压泵输出的油压随时间会有波动，液压油压力的波动会降低液压执行机构的运动精度；所述滤波装置在油压处于波峰时第一弹簧46被压缩，在油压处于波谷时第一弹簧46复位，以此减小或消除油压波动；所述第一通气孔44用于平衡气压；所述第三通气孔62、第五固定螺栓63、第三弹簧64、第三活塞65所构成的滤波装置与第一通气孔44、第三固定螺栓45、第一弹簧46、第一活塞47构成滤波装置功能相同；

所述第二输出口89依次与第八导流槽90、第九导流槽91连通，第八固定螺栓92将第九导流槽91一侧的工艺孔密封；所述第三输出口96依次与第十一导流槽97、第一引流腔93、第十导流槽95连通；第九固定螺栓94将第十导流槽95一侧的工艺孔密封；通过上述结构，液压油分别从第一楔形腔83、第二楔形腔110经第二输出口89、第三输出口96流出；

所述第一表面82、斜面84、第二表面85、第三表面86构成的楔形空间内，具有一定粘性的液压油以一定流速由大口流向小口，这形成了流体动压润滑；所述第二活动阀11中第十六密封槽33左侧的斜面84受到径向力Fr1、轴向力Fa1，同样地，第二活动阀11中第十六密封槽33右侧的斜面受受到径向力Fr2、轴向力Fa2，由于径向力Fr1、Fr2分别沿圆周方向合力为零，第二活动阀11浮在液压油中；所述第二输出口89、第三输出口96分别与比例溢流阀连接；所述比例溢流阀通过控制第一楔形腔83、第二楔形腔110内部压强进而控制Fa1、Fa2大小，Fa1、Fa2的相对大小决定第二活动阀11轴向运动的方向以及其移动的位移量，且第二活动阀11与轴承外圈6固定连接，第二活动阀11的移动实现轴承预紧；所述比例溢流阀具有压力连续调节功能，进而实现轴承预紧量的连续调整；所述第十三密封槽30、第十六密封槽33、第六O形密封圈69所构成的密封系统目的是将第一楔形腔83、第二楔形腔110隔开，通过控制其输出端的比例溢流阀，使二者内部压强不同进而实现Fa1、Fa2相对大小不同；

所述第一楔形腔83、第二楔形腔110均是从第一输入口80引入液压油，液压油的波动使得Fa1、Fa2大小出现波动，但由于Fa1、Fa2方向相反且Fa1、Fa2的波峰与波谷同时出现，相互抵消，因此液压油波动对轴承预紧量大小的影响被缩减；

所述轴承外圈旋转装置由第二活塞52、第二弹簧53、第二通气孔54、第四固定螺栓55、第二阻尼孔57、第三阻尼孔58、第四阻尼孔59、第三密封螺栓60、第六固定螺栓70、第六阻尼孔71、第七阻尼孔72、第四活塞73、第八阻尼孔74、锥形腔75、第四弹簧76、第九阻尼孔77、第十阻尼孔78、第十一阻尼孔79、压电传感器99、导向槽103、第九O形密封圈104、第三楔形腔105、第十二阻尼孔106、第十固定螺栓107、第十二导流槽108、第十三导流槽109、位置检测装置118构成；

所述第六固定螺栓70通过螺纹固定在第二活动阀11中，其中间开有第六阻尼孔71；所述第四活塞73与第二活动阀11活动链接，其内部开有第七阻尼孔72，其锥形端部横向开有第八阻尼孔74，其端部通过第四弹簧76与第二活动阀11连接；所述第四活塞73端部锥形表面在第四弹簧76压缩后与锥形腔75表面密封接触；

所述第二活塞52、第二弹簧53、第二通气孔54、第四固定螺栓55所构成的滤波装置与第一通气孔44、第三固定螺栓45、第一弹簧46、第一活塞47共同构成滤波装置功能相同；

所述第十阻尼孔78、第十一阻尼孔79、第九阻尼孔77、第三阻尼孔58、第二阻尼孔57、第四阻尼孔59依次连通，将液压油引入第二楔形腔105内；所述第三密封螺栓60用于第九阻尼孔77一端工艺孔的密封；

所述第九O形密封圈104安装在第一基座10内表面凹槽内，用于导向槽103密封，使液压油仅从第三楔形腔105沿着收敛空间进入第十二阻尼孔106内，进而经过第十三导流槽109从第十二导流槽108流出；所述第十固定螺栓107用于第十三导流槽109一端工艺孔的密封；

所述第二活动阀11内表面均布若干压电传感器99用于检测轴承各方向振动；轴系上并列较多轴承时，各轴承内外圈滚道圆度误差谐波波峰与波谷的不同搭配对旋转的轴承内圈径向跳动有较明显影响；所述压电传感器99收集振动信号，机床系统检测出各轴承振动较明显的位置，通过使第一活动阀9、第二活动阀11、第三活动阀13转动一定角度，通过位置检测装置118检测出第一活动阀9、第二活动阀11、第三活动阀13实际转角，进而实现轴承外圈6一定角度调整，使轴承内外圈圆度误差谐波波峰与波谷配合达到最佳状态，使轴承内圈跳动减小；为避免轴承某部位在长期受载后造成轴承滚道不均匀磨损而导致的轴承某方向振动量偏大，定期使第一活动阀9、第二活动阀11、第三活动阀13、轴承外圈6旋转一定角度，避免轴承滚道某部位长期受载，来减小轴承不均匀磨损；

所述第一活动阀9中的第三楔形腔105与第十二阻尼孔106方向与第三活动阀13中的第三楔形腔105与第十二阻尼孔106方向相反(参见图19、图20)；

所述轴系回转误差缩减装置由隔板98、第七O形密封圈100、第八O形密封圈101、T形槽102、第一轴线111、第二轴线112、第三轴线113、第一油路114、第四楔形腔115、第五楔形腔116、第二油路117构成(参见图21和22)；

所述第二活动阀11被八个隔板98以及第十六密封槽33等分为八个独立空间；所述隔板98通过T形槽102固定在第二活动阀11斜面上，其边缘固定有第七O形密封圈100、第八O形密封圈101用于密封各个空间；当电主轴轴系不使用液压预紧装置且轴端不受力时，轴旋转轴线为第一轴线111；轴端受力时，轴旋转轴线为第三轴线113；当电主轴轴系使用液压预紧装置且轴端受力时，第五楔形腔116内部油压增大，压电传感器99检测到压力变化后控制液压阀，通过第一油路114、第二油路117调整第四楔形腔115、第五楔形腔116内部压强，使U1减小、U2增加，进而使轴旋转轴线为第二轴线112，因此使轴在旋转时轴端跳动误差减小。

本发明的工作原理是：参照图23，现设第二输出口89连接比例溢流阀A，第三输出口96连接比例溢流阀D，液压泵出口连接比例溢流阀B，第一基座10中第十二导流槽108连接比例溢流阀C，第二基座12中与第十二导流槽108对称位置的导流槽连接比例溢流阀E；其中比例溢流阀A调定压力为P，比例溢流阀B调定压力为R，比例溢流阀C调定压力为S，比例溢流阀D调定压力为X，比例溢流阀E调定压力为Y；第二活动阀11左侧内第二弹簧53、推动第一活动阀转动压力均为S，第二活动阀11右侧内弹簧、推动第三活动阀转动压力均为Y；第一基座10中第一弹簧46、第三弹簧64、第二基座12与第一基座10对称位置的弹簧调定压力均为P；第二活动阀11左侧第四弹簧76调定压力Q，其右侧对称位置的弹簧调定压力为Q；且P、Q、R、S压力值依次降低，X、Q、R、Y压力值依次降低；第一活动阀9与第二活动阀11左侧内第七阻尼孔72、第八阻尼孔74、第十阻尼孔78、第十一阻尼孔79、第九阻尼孔77、第三阻尼孔58、第二阻尼孔57、第四阻尼孔59造成的压力损失为T，且压力值R为压力值S与损失压力T之和，同样的，第三活动阀13与第二活动阀11右侧对称位置阻尼孔造成的压力损失为T，且压力值R为压力值Y与损失压力T之和。

启动液压泵，液压油经第一输入口80、第六导流槽81、第七导流槽87、第五导流槽68进入第一楔形腔83内；液压油进入第一楔形腔83后分两路分别进入第九导流槽91，经第八导流槽90、第二输出口89进入比例溢流阀A输入端，同样油路，液压油进入比例溢流阀D输入端，另一路依次通过第六阻尼孔71、第七阻尼孔72、第八阻尼孔74、第十阻尼孔78、第十一阻尼孔79、第九阻尼孔77、第三阻尼孔58、第二阻尼孔57、第四阻尼孔59进入第一活动阀9中第三楔形腔105内，液压油从第三楔形腔105经第十二阻尼孔106、第十三导流槽109、第十二导流槽108进入比例溢流阀C输入端，同样的，液压油经过第三活动阀13中的楔形腔进入比例溢流阀Y输入端；当比例溢流阀C输入端压力增加到S时，其溢流口打开，比例溢流阀B溢流口打开，此时第三楔形腔105内部压力为S，当Y与S大小相同、X与P相同时，比例溢流阀E溢流口打开，同时，第三活动阀13内部楔形腔中压力为S，由于第一活动阀9与第三活动阀13中的楔形腔沿圆周方向相反，其内部压力相同，故第一活动阀9、第二活动阀11、第三活动阀13构成的整体不转动。

调整R，其大小在P与Q之间时，由于阻尼孔作用，比例溢流阀C、E上方压力变化需要时间，而第二活动阀11两侧第四活塞73上方压力突然增加，这使得二者下方弹簧压缩，两个第四活塞73中的第八阻尼孔74出口被封住；此时第一楔形腔83、第二楔形腔110内部压力增大到P，由于第二活动阀11被液压油托起时的压力为P，故，第二活动阀11被液压油托起，同时比例溢流阀A、D打开维持第一楔形腔83、第二楔形腔110内部压力恒定；由于P与X相同故第一楔形腔83、第二楔形腔110内部压力相同，第二活动阀11仅在液压油作用下被托起，但沿轴向不会运动。

由于比例溢流阀有连续调压作用，调节压力X在大于Q的范围变化时，第二活动阀11会沿轴向左右移动，预紧力也随X的大小变化而变化；由于两个第四活塞73中的第八阻尼孔74出口被封住，比例溢流阀C、E上方液压油静止，二者内部溢流口关闭，第一活动阀9、第三活动阀13中楔形腔压力保持恒定，实现保压。

在电主轴工作时，轴端受力，轴承滚道谐波波峰与波谷相对位置会影响主轴3轴端跳动幅值，由于轴承内圈均固定在主轴3上，各轴承内圈滚道谐波波峰与波谷相对位置已经固定，但通过单独调整各轴承外圈滚道谐波波峰与波谷相对位置降低主轴3的轴端跳动幅值；当压电传感器99检测到轴承某个方位振动幅值较大时，压电传感器99将信号反馈到机床控制系统，系统通过控制比例溢流阀E的调定压力大小进而控制第一活动阀9、第二活动阀11、第三活动阀13组成的整体正转或反转，当压电传感器99检测到轴承各方向振动幅值较为平稳，且低于设定阈值时，系统控制比例溢流阀E，改变调定压力使之与比例溢流阀C调定压力相同，进而使第一活动阀9、第二活动阀11、第三活动阀13组成的整体机构停转。

轴端受力还会使主轴3一端沿施力方向运动，主轴3另一端沿施力反方向运动，这使得主轴回转中心与不受力时主轴回转中心产生交叉，使轴端跳动量变大；当压电传感器检测到某个腔内压力增高时，即认为负载导致，机床系统控制比例溢流阀提高该油腔内油压，进而提高该腔内液压油刚度，同时在施力点的另一端，力的反方向楔形腔内调整油压，提高该油腔内液压油刚度；从而使主轴3受力时的回转轴线平行于主轴3不受力时的回转轴线，进而降低轴端跳动幅值。

通过上面的描述可以看出，与现有技术相比，本发明的技术方案由于采用液压推动轴承外圈实现预紧，在预紧时轴承外圈所固定的第二活动阀在液压压力作用下浮起，这使得第二活动阀表面受均布压力；二、第二活动阀表面仅受到液体摩擦，在轴承预紧时易于重复推动轴承外圈，实现不同的预紧量，避免在重复调整预紧量时轴承外圈与轴承座相互干摩擦，降低表面质量；三、由于液压泵出口压力存在波动，在第二活动阀对称位置所构成的楔形腔内引入液压油使该机构受对称作用力，第二活动阀两侧油压同时达到波峰与波谷，使油压波动引起的位移偏差相互抵消，轴承外圈轴向预紧量误差降低，此外在不同油路连接滤波装置，也降低了油压波动；四、主轴上安装较多轴承时，各轴承内外圈滚道圆度误差谐波波峰与波谷的不同搭配对旋转的轴承内圈径向跳动有较明显影响；第一活动阀、第二活动阀、第三活动阀固定连接，第一活动阀与第三活动阀在油压作用下实现一定角度旋转，使轴承内外圈圆度误差谐波波峰与波谷配合可达到最佳状态，进而使轴承内圈跳动减小；五、电主轴轴端受力时，轴端向施力方向运动，主轴另一端沿施力反方向运动，这使得主轴回转中心与不受力时主轴回转中心产生交叉，使轴端跳动量较大，本发明通过将第二活动阀构成的楔形腔分成若干区间，当压电传感器检测到某个腔内压力增高时，系统控制该油腔压力提高其刚度，同时在施力点的另一端，力的反方向调整油压，提高该油腔内液压油刚度；从而使主轴受力时的回转轴线平行于轴不受力时的回转轴线，这降低了轴端跳动。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种高速机床电主轴动态精度调整装置，其特征在于，包括：系统密封装置、液压预紧装置、轴承外圈旋转装置、轴系回转误差缩减装置，并且主轴(3)上第一电主轴动态精度调整装置(1)、第二电主轴动态精度调整装置(2)、第三电主轴动态精度调整装置(4)、第四电主轴动态精度调整装置(5)内部结构相同。

2.根据权利要求1所述的一种高速机床电主轴动态精度调整装置，其特征在于，所述系统密封装置由第一挡板(8)、第一活动阀(9)、第一基座(10)、第二活动阀(11)、第二基座(12)、第三活动阀(13)、第二挡板(14)构成，所述第一挡板(8)与第一活动阀(9)实现密封连接，所述第一挡板(8)与第一基座(10)通过若干第二固定螺栓(43)固定连接，且所述第一活动阀(9)与第一基座(10)密封连接，所述第一活动阀(9)与第二活动阀(11)密封固定连接，所述第一基座(10)与第二活动阀(11)密封配合。

3.根据权利要求2所述的一种高速机床电主轴动态精度调整装置，其特征在于，所述系统密封装置进一步包括第一密封槽(15)、第二密封槽(16)、第三密封槽(17)、第四密封槽(18)、第五密封槽(19)、第六密封槽(20)、第七密封槽(21)、第八密封槽(22)、第九密封槽(23)、第十密封槽(24)、第十一密封槽(25)、第十九密封槽(26)、第二十密封槽(27)、第十二密封槽(28)、第十三密封槽(30)、第十四密封槽(31)、第十五密封槽(32)、第十六密封槽(33)、第一固定螺栓(36)、第一密封螺栓(37)、第一唇形密封圈(38)、第一O形密封圈(39)、第二唇形密封圈(40)、第二O形密封圈(41)、第三O形密封圈(42)、第二固定螺栓(43)、第二密封螺栓(49)、第四O形密封圈(51)、第五O形密封圈(56)、第三密封螺栓(60)、第三唇形密封圈(61)、第四唇形密封圈(66)、第六O形密封圈(69)，

其中，

所述第一挡板(8)与第一活动阀(9)通过第一密封槽(15)、第二密封槽(16)、第七密封槽(21)、第十密封槽(24)、第一唇形密封圈(38)、第二唇形密封圈(40)之间的配合实现密封；

所述第一挡板(8)与第一基座(10)通过若干第二固定螺栓(43)固定连接，二者通过第三密封槽(17)、第十九密封槽(26)、第三O形密封圈(42)之间的配合实现密封；

所述第一活动阀(9)与第一基座(10)通过第六密封槽(20)、第八密封槽(22)、第九密封槽(23)、第十一密封槽(25)、第二十密封槽(27)、第十二密封槽(28)、第一O形密封圈(39)、第二O形密封圈(41)、第三唇形密封圈(61)、第四唇形密封圈(66)之间的配合实现密封；

所述第一活动阀(9)与第二活动阀(11)通过若干第一固定螺栓(36)固定连接，二者通过第四密封槽(18)、第五密封槽(19)、第十四密封槽(31)、第十五密封槽(32)、第四O形密封圈(51)、第五O形密封圈(56)之间的配合实现密封；

所述第一基座(10)、第二活动阀(11)通过第十三密封槽(30)、第十六密封槽(33)、第六O形密封圈(69)之间的配合实现密封；

所述第二活动阀(11)、第二基座(12)、第三活动阀(13)、第二挡板(14)之间的密封方式与第一挡板(8)、第一活动阀(9)、第一基座(10)、第二活动阀(11)之间的密封方式相同；以及

所述第一密封螺栓(37)、第二密封螺栓(49)、第三密封螺栓(60)分别用于第二阻尼孔(57)、第五导流槽(68)、第九阻尼孔(77)一端工艺孔的密封。

4.根据权利要求3所述的一种高速机床电主轴动态精度调整装置，其特征在于，所述液压预紧装置由第三导流槽(29)、第一通气孔(44)、第三固定螺栓(45)、第一弹簧(46)、第一活塞(47)、第一阻尼孔(48)、第四导流槽(50)、第三通气孔(62)、第五固定螺栓(63)、第三弹簧(64)、第三活塞(65)、第五阻尼孔(67)、第五导流槽(68)、第一输入口(80)、第六导流槽(81)、第一表面(82)、第一楔形腔(83)、斜面(84)、第二表面(85)、第三表面(86)、第七导流槽(87)、第七固定螺栓(88)、第二输出口(89)、第八导流槽(90)、第九导流槽(91)、第八固定螺栓(92)、第一引流腔(93)、第九固定螺栓(94)、第十导流槽(95)、第三输出口(96)、第十一导流槽(97)、第二楔形腔(110)构成；

所述第一输入口(80)、第六导流槽(81)、第七导流槽(87)构成一条油路，将液压油引入预紧装置内，第七固定螺栓(88)将第七导流槽(87)一侧的工艺孔密封，保证油液不泄露；所述第一基座(10)、第二基座(12)安装后，二者上的第三导流槽(29)共同构成一条油路，此油路与第七导流槽(87)、第六导流槽(81)连通；所述第五导流槽(68)分别与第五阻尼孔(67)、第一阻尼孔(48)、第四导流槽(50)、第一楔形腔(83)连通；通过上述结构，液压油从第一输入口(80)进入第一楔形腔(83)内，采用同样的结构，液压油从第一输入口(80)进入第二楔形腔(110)内；

所述第一通气孔(44)、第三固定螺栓(45)、第一弹簧(46)、第一活塞(47)共同构成滤波装置，液压泵输出的油压随时间会有波动，液压油压力的波动会降低液压执行机构的运动精度；所述滤波装置在油压处于波峰时第一弹簧(46)被压缩，在油压处于波谷时第一弹簧(46)复位，以此减小或消除油压波动；所述第一通气孔(44)用于平衡气压；所述第三通气孔(62)、第五固定螺栓(63)、第三弹簧(64)、第三活塞(65)所构成的滤波装置与第一通气孔(44)、第三固定螺栓(45)、第一弹簧(46)、第一活塞(47)构成滤波装置功能相同；

所述第二输出口(89)依次与第八导流槽(90)、第九导流槽(91)连通，第八固定螺栓(92)将第九导流槽(91)一侧的工艺孔密封；所述第三输出口(96)依次与第十一导流槽(97)、第一引流腔(93)、第十导流槽(95)连通；第九固定螺栓(94)将第十导流槽(95)一侧的工艺孔密封；通过上述结构，液压油分别从第一楔形腔(83)、第二楔形腔(110)经第二输出口(89)、第三输出口(96)流出；

所述第一表面(82)、斜面(84)、第二表面(85)、第三表面(86)构成的楔形空间内，具有一定粘性的液压油以一定流速由大口流向小口，这形成了流体动压润滑；所述第二活动阀(11)中第十六密封槽(33)左侧的斜面(84)受到径向力Fr1、轴向力Fa1，同样地，第二活动阀(11)中第十六密封槽(33)右侧的斜面受受到径向力Fr2、轴向力Fa2，由于径向力Fr1、Fr2分别沿圆周方向合力为零，第二活动阀(11)浮在液压油中；所述第二输出口(89)、第三输出口(96)分别与比例溢流阀连接；所述比例溢流阀通过控制第一楔形腔(83)、第二楔形腔(110)内部压强进而控制Fa1、Fa2大小，Fa1、Fa2的相对大小决定第二活动阀(11)轴向运动的方向以及其移动的位移量，且第二活动阀(11)与轴承外圈(6)固定连接，第二活动阀(11)的移动实现轴承预紧；所述第十三密封槽(30)、第十六密封槽(33)、第六O形密封圈(69)所构成的密封系统目的是将第一楔形腔(83)、第二楔形腔(110)隔开，通过控制其输出端的比例溢流阀来控制二者内部压强不同进而实现Fa1、Fa2相对大小不同；

所述第一楔形腔(83)、第二楔形腔(110)均是从第一输入口(80)引入液压油，液压油的波动使得Fa1、Fa2大小出现波动，但由于Fa1、Fa2方向相反且Fa1、Fa2的波峰与波谷同时出现，相互抵消，因此液压油波动对轴承预紧量大小的影响被缩减。

5.根据权利要求3所述的一种高速机床电主轴动态精度调整装置，其特征在于，所述轴承外圈旋转装置由第二活塞(52)、第二弹簧(53)、第二通气孔(54)、第四固定螺栓(55)、第二阻尼孔(57)、第三阻尼孔(58)、第四阻尼孔(59)、第三密封螺栓(60)、第六固定螺栓(70)、第六阻尼孔(71)、第七阻尼孔(72)、第四活塞(73)、第八阻尼孔(74)、锥形腔(75)、第四弹簧(76)、第九阻尼孔(77)、第十阻尼孔(78)、第十一阻尼孔(79)、压电传感器(99)、导向槽(103)、第九O形密封圈(104)、第三楔形腔(105)、第十二阻尼孔(106)、第十固定螺栓(107)、第十二导流槽(108)、第十三导流槽(109)、位置检测装置(118)构成；

所述第六固定螺栓(70)通过螺纹固定在第二活动阀(11)中，其中间开有第六阻尼孔(71)；所述第四活塞(73)与第二活动阀(11)活动链接，其内部开有第七阻尼孔(72)，其锥形端部横向开有第八阻尼孔(74)，其端部通过第四弹簧(76)与第二活动阀(11)连接；所述第四活塞(73)端部锥形表面在第四弹簧(76)压缩后与锥形腔(75)表面密封接触；

所述第二活塞(52)、第二弹簧(53)、第二通气孔(54)、第四固定螺栓(55)所构成的滤波装置与第一通气孔(44)、第三固定螺栓(45)、第一弹簧(46)、第一活塞(47)共同构成滤波装置功能相同；

所述第十阻尼孔(78)、第十一阻尼孔(79)、第九阻尼孔(77)、第三阻尼孔(58)、第二阻尼孔(57)、第四阻尼孔(59)依次连通，将液压油引入第二楔形腔(105)内；所述第三密封螺栓(60)用于第九阻尼孔(77)一端工艺孔的密封；

所述第九O形密封圈(104)安装在第一基座(10)内表面凹槽内，用于导向槽(103)密封，使液压油仅从第三楔形腔(105)沿着收敛空间进入第十二阻尼孔(106)内，进而经过第十三导流槽(109)从第十二导流槽(108)流出；所述第十固定螺栓(107)用于第十三导流槽(109)一端工艺孔的密封；

所述第二活动阀(11)内表面均布若干压电传感器(99)用于检测轴承各方向振动；轴系上并列较多轴承时，各轴承内外圈滚道圆度谐波波峰与波谷的不同搭配对旋转的轴承内圈径向跳动有较明显影响；所述压电传感器(99)收集振动信号，机床系统检测出各轴承振动较明显的位置，通过使第一活动阀(9)、第二活动阀(11)、第三活动阀(13)转动一定角度，通过位置检测装置(118)检测出第一活动阀(9)、第二活动阀(11)、第三活动阀(13)实际转角，进而实现轴承外圈(6)一定角度调整，使轴承内外圈圆度误差谐波波峰与波谷配合达到最佳状态，使轴承内圈跳动减小；为避免轴承某部位在长期受载后造成轴承滚道不均匀磨损而导致的轴承某方向振动量偏大，定期使第一活动阀(9)、第二活动阀(11)、第三活动阀(13)、轴承外圈(6)旋转一定角度，避免轴承滚道某部位长期受载，来减小轴承不均匀磨损；

所述第一活动阀(9)中的第三楔形腔(105)以及与其相连的第十二阻尼孔(106)方向与第三活动阀(13)中的第三楔形腔(105)以及与其相连的第十二阻尼孔(106)方向相反。

6.根据权利要求1所述的一种高速机床电主轴动态精度调整装置，其特征在于，所述轴系回转误差缩减装置由隔板(98)、第七O形密封圈(100)、第八O形密封圈(101)、T形槽(102)、第一轴线(111)、第二轴线(112)、第三轴线(113)、第一油路(114)、第四楔形腔(115)、第五楔形腔(116)、第二油路(117)构成；

所述第二活动阀(11)被八个隔板(98)以及第十六密封槽(33)等分为八个独立空间；所述隔板(98)通过T形槽(102)固定在第二活动阀(11)斜面上，其边缘固定有第七O形密封圈(100)、第八O形密封圈(101)用于密封各个空间；当电主轴轴系不使用液压预紧装置且轴端不受力时，轴旋转轴线为第一轴线(111)；轴端受力时，轴旋转轴线为第三轴线(113)；当电主轴轴系使用液压预紧装置且轴端受力时，第五楔形腔(116)内部油压增大，压电传感器(99)检测到压力变化后控制液压阀，通过第一油路(114)、第二油路(117)调整第四楔形腔(115)、第五楔形腔(116)内部压强，使U1减小、U2增加，进而使轴旋转轴线为第二轴线(112)，因此使轴在旋转时轴端跳动误差减小。

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