CN115351562A - 应用于机床的液体静压主轴组件及机床 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种应用于机床的液体静压主轴组件及机床。液体静压主轴组件包括电机、尾座、主轴、第一节流器。所述电机包括套筒、定子和转子，所述定子固定设置在所述套筒内部，所述转子设置于所述定子内部；所述尾座固定设置于所述电机的第一端，所述尾座上设置有第一安装孔，所述第一安装孔的内壁面的周向上设置有多个第一静压腔；所述主轴固定设置于所述转子内部，所述主轴的第一端穿设于所述第一安装孔；所述第一节流器设置于所述尾座上，所述第一节流器为多个，多个所述第一节流器与多个所述第一静压腔一一对应地连通。本发明可以解决现有技术中的机床的液体静压主轴组件的刚度差的问题。

Description

应用于机床的液体静压主轴组件及机床

技术领域

本申请涉及加工机床技术领域，具体而言，涉及一种应用于机床的液体静压主轴组件及机床。

背景技术

静压主轴作为超精密机床的核心零部件，其精度和刚度很大程度上影响着零件的加工精度。液体静压主轴采用液体静压轴承作为支承件，液体静压轴承依靠外部液压供油系统强制地将润滑油注入产生压力油膜，用压力油膜分隔相对运动的运动件和支承，实现了全液体摩擦。可见，静压主轴具有的摩擦阻力小、使用寿命长、转速范围广、抗振性能好、主轴回转精度高、适应性好等优点，在超精密机床加工领域得到广泛应用。

现有技术中静压主轴是采用恒压供油，通过小孔节流或毛细管节流，这样的节流方式无法根据负载的变化，调节流量的变化，故静压腔液体支撑油膜厚度无法维持不变。当静压主轴上的负载变大时，会出现油膜间隙变小的情况，静压主轴的刚度较差。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种应用于机床的液体静压主轴组件及机床，以解决现有技术中的机床的液体静压主轴组件的刚度差的问题。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种应用于机床的液体静压主轴组件，包括：

电机，所述电机包括套筒、定子和转子，所述定子固定设置在所述套筒内部，所述转子设置于所述定子内部；

尾座，所述尾座固定设置于所述电机的第一端，所述尾座上设置有第一安装孔，所述第一安装孔的内壁面的周向上设置有多个第一静压腔；

主轴，所述主轴固定设置于所述转子内部，所述主轴的第一端穿设于所述第一安装孔；

第一节流器，所述第一节流器设置于所述尾座上，所述第一节流器为多个，多个所述第一节流器与多个所述第一静压腔一一对应地连通，所述第一节流器包括外壳组件、第一金属片以及第二金属片；

其中，所述外壳组件围设形成稳压腔、调节腔以及环形节流槽，所述稳压腔内设置有环形节流凸台，所述调节腔为围绕所述稳压腔的外周设置的环形腔，所述环形节流槽为围绕所述调节腔的外周设置的环形槽，所述环形节流槽包括第一节流段和第二节流段，所述第一节流段的通流面积大于第二节流段的通流面积，所述第一节流段的侧壁上设置有与所述调节腔连通的预留通道；

所述第一金属片设置于所述稳压腔并可沿靠近或者远离所述环形节流凸台的方向往复运动；

所述第二金属片为与所述环形腔相适配的环形金属片，所述第二金属片设置于所述环形腔并可沿所述环形腔的高度方向往复运动；

所述外壳组件上设置有进油通道、连通通道、出油通道、连通腔以及注油口，所述进油通道与所述第一节流段连通，所述连通通道用于连通所述稳压腔和所述第二节流段，所述出油通道与所述稳压腔和所述第二节流段均连通，所述出油通道的出油端与所述第一静压腔连通，所述连通腔用于连通所述调节腔和所述稳压腔，所述预留通道与所述调节腔的连通位置位于所述第二金属片的第一侧，且所述连通腔与所述调节腔的连通位置位于所述第二金属片的第二侧，所述连通腔与所述稳压腔的连通位置位于所述第一金属片远离所述环形节流凸台的一侧，所述注油口与所述连通腔连通。

进一步地，所述液体静压主轴组件还包括定位套，所述定位套对接并固定设置于所述套筒的第二端，所述定位套上设置有第二安装孔；

所述主轴包括芯轴段和前段，所述芯轴段设置于所述定子的内部，所述芯轴段的第一端穿设于所述第一安装孔内，所述前段可转动地设置于所述第二安装孔并与所述芯轴段同轴固定。

进一步地，所述第二安装孔的内壁面的周向上设置有多个第二静压腔；

所述液体静压主轴组件还包括多个第二节流器，各所述第二节流器均固定设置于所述定位套上，所述第二节流器的结构与所述第一节流器相同，多个所述第二节流器的所述出油通道与多个所述第二静压腔一一对应地连通。

进一步地，所述第二安装孔靠近所述电机的一端设置有第一圆锥孔段，所述第一圆锥孔段的横截面积沿远离所述电机的方向逐渐变小，所述第一圆锥孔段的内壁面上设置有多个所述第二静压腔，所述芯轴段上设置有与所述第一圆锥孔段相适配的第一圆锥段。

进一步地，所述第二安装孔远离所述电机的一端设置有第二圆锥孔段，所述第二圆锥孔段的横截面积沿远离所述电机的方向逐渐变大，所述第二圆锥孔段的内壁面上设置有多个所述第二静压腔，所述前段上设置有与所述第二圆锥孔段相适配的第二圆锥段。

进一步地，所述液体静压主轴组件还包括多种厚度不同的调节垫，多种所述调节垫选择性地设置于所述第一圆锥段和所述第二圆锥段之间。

进一步地，所述液体静压主轴组件还包括气密封盖，所述气密封盖盖设于所述电机的第二端并位于所述定子与所述定位套之间。

进一步地，所述液体静压主轴组件还包括第一端盖和第二端盖，所述第一端盖盖设于所述尾座远离所述电机的一端，所述第二端盖盖设于所述定位套远离所述电机的一端。

进一步地，所述外壳组件包括相互贴合并固定连接在一起的第一壳体和第二壳体，其中，

所述第一壳体靠近所述第二壳体的侧面上设置有第一空腔和第一环形空腔，所述第一环形空腔围绕所述第一空腔的外周设置，所述第一空腔内设置有所述环形节流凸台；

所述第二壳体靠近所述第一壳体的侧面上设置有第二空腔和第二环形空腔，所述第二环形空腔围绕所述第二空腔的外周设置，所述第一空腔与所述第二空腔形成所述稳压腔，所述第一环形空腔与所述第二环形空腔围设形成所述调节腔。

进一步地，所述环形节流槽设置于所述第一壳体靠近所述第二壳体的侧面上，所述进油通道、所述连通通道以及所述出油通道均设置于所述第一壳体上，所述连通腔以及所述注油口均设置于所述第二壳体上。

进一步地，所述第一壳体靠近所述第二壳体的一侧设置有环形限位凸起，所述环形限位凸起嵌设于所述第二环形空腔内。

进一步地，所述第一金属片和所述第二金属片的外周均套设有密封圈。

另一方面，本申请实施例还公开了一种机床，所述机床为铣削机床或者磨抛机床，所述机床包括上述的液体静压主轴组件。

相对于现有技术而言，本申请的技术方案至少具备如下技术效果：

本发明的液体静压主轴组件根据工作过程中液压站泵压与静压支承油腔（即第一静压腔和第二静压腔）压力存在压力差的特点，在第一节流器和第二节流器内部设计连通腔，将压力差的变化转化为对节流间隙的控制。实现第一静压腔和第二静压腔的流量与压力成正比关系变化，即随外载荷变化油膜间隙的厚度基本保持不变，使液体静压主轴组件有较高刚度，从而保证了机床等设备的精密加工效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例公开的液体静压主轴组件的立体结构图；

图2为本申请实施例公开的液体静压主轴组件的第一方向上的剖视图；

图3为图2中的A区域的放大图；

图4为本申请实施例公开的液体静压主轴组件的第二方向上的剖视图；

图5为图4中的Q区域的放大图；

图6为图4中的I区域的放大图；

图7为本申请实施例公开的第一节流器或者第二节流器的分解图；

图8为本申请实施例公开的节流器的第一壳体的结构示意图；

图9为图8中N区域的放大图；

图10为本申请实施例公开的节流器的结构示意图；

图11为图10中的A-A剖视图；

图12为图11中的M区域的放大图；

图13为图10中的B-B剖视图；

图14为本申请实施例公开的第一节流器或者第二节流器的工作原理图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

100、第一节流器；10、外壳组件；11、第一壳体；111、第一空腔；112、第一环形空腔；113、环形限位凸起；12、第二壳体；121、第二空腔；122、第二环形空腔；101、稳压腔；1011、环形节流凸台；102、调节腔；103、环形节流槽；1031、第一节流段；1032、第二节流段；104、预留通道；105、进油通道；106、出油通道；107、注油口；108、连通腔；109、连通通道；120、第一金属片；130、第二金属片；140、密封圈；150、第一密封件；160、第二密封件；170、顶丝；200、电机；210、套筒；220、定子；230、转子；300、尾座；310、第一安装孔；311、第一静压腔；320、第一通孔；400、第二节流器；500、主轴；510、芯轴段；511、第一圆锥段；520、前段；521、第二圆锥段；600、定位套；610、第二安装孔；611、第一圆锥孔段；612、第二圆锥孔段；613、第二静压腔；614、第二通孔；700、调节垫；800、气密封盖；1000、第一端盖；1100、第二端盖；1200、油膜间隙；1300、第一进油口；1400、第二进油口。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

参见图1至图4所示，根据本申请的实施例，提供了一种应用于机床的液体静压主轴组件，该液体静压主轴组件尤其可以适用于铣削机床或者磨抛机床等。本实施例中的液体静压主轴组件包括电机200、尾座300、主轴500以及第一节流器100。

具体来说，本实施例中的电机200包括套筒210、定子220和转子230。其中，定子220固定设置在套筒210内部，转子230设置于定子220内部；该尾座300固定设置于电机200的第一端，该尾座300上设置有第一安装孔310，该第一安装孔310的内壁面的周向上设置有多个第一静压腔311；主轴500固定设置于转子230内部，该主轴500的第一端穿设于第一安装孔310内；第一节流器100设置于尾座300上，该第一节流器100为多个，多个第一节流器100与多个第一静压腔311一一对应地连通。具体地，尾座300上设置有第一通孔320，第一节流器100与第一静压腔311之间通过该第一通孔320连通。

实际使用时，主轴500可以在转子230的带动下转动，由于第一安装孔310的内壁面的周向上设置有多个第一静压腔311，且该第一静压腔311与第一节流器100是一一对应地连接的，通过该第一节流器100的作用，可以对第一静压腔311内液压油的流量进行调节。与此同时，通过该第一节流器100的作用，可根据主轴500外界负载变化调节主轴500外侧的液压油的流量，保证进油后主轴500受力均匀，始终处于中心位置。第一节流器100可以根据外界负载的变化对主轴500与第一安装孔310之间的油膜间隙进行控制，使油膜间隙保持基本不变，能够提高本实施例中的液体静压主轴组件的刚度。

具体来说，本实施例中的套筒210和尾座300均大体呈圆筒状设置，实际组装时，该套筒210和尾座300之间可以通过螺栓、卡扣、焊接等方式连接在一起。

进一步地，本实施例中的液体静压主轴组件还包括定位套600，而主轴500包括芯轴段510和前段520。其中，芯轴段510设置于定子220的内部，并可以在电机200的带动下转动，该芯轴段510的第一端穿设于第一安装孔310内，前段520可转动地设置于第二安装孔610内并与芯轴段510同轴固定连接。通过将主轴500设置为芯轴段510和前段520，可以降低主轴500的加工难度和组装难度。实际安装时，芯轴段510和前段520之间可以通过沿主轴500的轴向设置的螺钉、螺栓等结构固定连接在一起。

参见图2至图6所示，本实施例中的第二安装孔610的内壁面的周向上设置有多个第二静压腔613；而液体静压主轴组件还包括多个第二节流器400，各第二节流器400均固定设置于定位套600上，第二节流器400的结构与第一节流器100相同，该多个第二节流器400的出油通道106与多个第二静压腔613一一对应地连通，通过该第二节流器400的作用，可以对第二静压腔613 内的液压油的流量进行调节。与此同时，通过该第二节流器400的作用，可根据前段520外界负载变化调节前段520外侧的液压油的流量，保证进油后前段520受力均匀，始终处于中心位置。第二节流器400可以根据外界负载的变化对前段520与第二安装孔610之间的油膜间隙进行控制，使油膜间隙保持基本不变，能够提高本实施例中的液体静压主轴组件的刚度。

实际加工时，定位套600上设置有第二通孔614，第二节流器400通过该第二通孔614与第二静压腔613连通，结构简单，便于加工和组装。

进一步地，本实施例中的第二安装孔610靠近电机200的一端设置有第一圆锥孔段611，第一圆锥孔段611的横截面积沿远离电机200的方向逐渐变小，第一圆锥孔段611的内壁面上设置有多个第二静压腔613，而芯轴段510上设置有与第一圆锥孔段611相适配的第一圆锥段511，实际安装时，第一圆锥段511安装在第一圆锥孔段611内，通过第二节流器400的作用，可以根据外界负载的变化对第二静压腔613内的液压油的流量进行调节，使第一圆锥孔段611和第一圆锥段511之间的油膜间隙的厚度基本保持不变，能够提高本实施例中的液体静压主轴组件的刚度。

进一步地，本实施例中的第二安装孔610远离电机200的一端设置有第二圆锥孔段612，该第二圆锥孔段612的横截面积沿远离电机200的方向逐渐变大，该第二圆锥孔段612的内壁面上设置有多个第二静压腔613，前段520上设置有与第二圆锥孔段612相适配的第二圆锥段521，实际安装时，第二圆锥段521安装在第二圆锥孔段612内，通过第二节流器400的作用，可以根据外界负载的变化对第二静压腔613内的液压油的流量进行调节，使第二圆锥段521和第二圆锥孔段612之间的油膜间隙的厚度基本保持不变，能够提高本实施例中的液体静压主轴组件的刚度。

此外，本实施例中通过设置第一圆锥孔段611和第二圆锥孔段612，还能够提高芯轴段510和前段520组装过程中的同轴度。设置于第一圆锥孔段611和第二圆锥孔段612的内壁面上的第二静压腔613的设计，保证主轴500可同时承受轴向力和径向力，有利于提高主轴500的轴向刚度。

可选地，本实施例中的液体静压主轴组件还包括多种厚度不同的调节垫700，该多种调节垫700选择性地设置于第一圆锥段511和第二圆锥段521之间，通过选择厚度不同的调节垫700设置在第一圆锥段511和第二圆锥段521之间，可以对第一圆锥段511与第一圆锥孔段611内壁面之间的间隙、以及第二圆锥段521与第二圆锥孔段612内壁面之间的间隙大小进行调节。实际设计时，第二静压腔613的油膜间隙1200根据油压、负载和转速等计算确定，油膜间隙1200的大小可利用调节垫700调整，大大降低主轴500加工和装配难度。

可选地，本实施例中的液体静压主轴组件还包括气密封盖800，该气密封盖800盖设于电机200的第二端并位于定子220与定位套600之间。主轴500中的液压油，通过第一进油口1300和第二进油口1400排出，主轴500在靠近尾座300和气密封盖800处设计有气密环可形成气幕，防止进入主轴500内部的油窜流至定子220和转子230内。

可选地，本实施例中的液体静压主轴组件还包括第一端盖1000和第二端盖1100，该第一端盖1000盖设于尾座300远离电机200的一端，第二端盖1100盖设于定位套600远离电机200的一端。主轴500靠近第一端盖1000和第二端盖1100的位置处设计有气密环，可形成气幕，防止进入主轴500内部的油从主轴500端面渗出。

结合图1、图7、图8、图10至图14所示，本实施例中的第一节流器100和第二节流器400包括外壳组件10、第一金属片120以及第二金属片130。

具体地，外壳组件10围设形成稳压腔101、调节腔102以及环形节流槽103。其中，稳压腔101内设置有环形节流凸台1011，调节腔102为围绕稳压腔101的外周设置的环形腔，环形节流槽103为围绕调节腔102外周设置的环形槽，该环形节流槽103包括第一节流段1031和第二节流段1032，第一节流段1031的通流面积（即第一节流段1031的纵向截面的面积）大于第二节流段1032的通流面积（即第二节流段1032的纵向截面的面积），也即是说，第二节流段1032的节流效果大于第一节流段1031的节流效果，第一节流段1031的侧壁上设置有与调节腔102连通的预留通道104，便于将第一节流段1031内的油液输送至调节腔102内。

参见图7、图8、图11至图13所示，本实施例中的外壳组件10包括相互贴合并固定连接在一起的第一壳体11和第二壳体12。

具体地，第一壳体11和第二壳体12之间可以通过螺栓固定连接、也可以通过卡扣或者焊接等等方式固定连接在一起。其中，第一壳体11靠近第二壳体12的侧面上设置有第一空腔111和第一环形空腔112，该第一环形空腔112围绕第一空腔111的外周设置，第一空腔111内设置有前文所述的环形节流凸台1011；第二壳体12靠近第一壳体11的侧面上设置有第二空腔121和第二环形空腔122，该第二环形空腔122围绕第二空腔121的外周设置，当将第一壳体11和第二壳体12组装在一起之后，第一空腔111与第二空腔121围设形成上述的稳压腔101，第一环形空腔112与第二环形空腔122围设形成上述的调节腔102。

也即是说，本实施例中通过将外壳组件10设置为第一壳体11和第二壳体12，并在两者彼此靠近的侧面上加工形成第一空腔111、第一环形空腔112、第二空腔121以及第二环形空腔122，当第一壳体11和第二壳体12组装在一起之后，能够围设形成稳压腔101和调节腔102，结构简单，便于加工和组装。

当然，在本申请的其他实施方式中，外壳组件10还可以包括三块或者三块以上壳体，只要能够围设形成稳压腔101和调节腔102即可。

示例性地，本实施例中的稳压腔101为圆柱形空腔，调节腔102为圆环形腔体，当然，在本申请的其他实施方式中还可以将稳压腔101设置为棱柱形或者其他异形腔体，将调节腔102设置为棱柱环或者其他异形环状腔体，只要是在本申请的构思下的其他变形方式，均在本申请的保护范围之内。

可选地，环形节流槽103可以设置于第一壳体11靠近第二壳体12的侧面上，也可以设置于第二壳体12靠近第一壳体11的侧面上；预留通道104为设置在第一壳体11和/或第二壳体12上的预留凹槽，结构简单，更加便于加工。示例性地，本实施例中的环形节流槽103为圆环形节流槽，环形节流槽103上的第一节流段1031和第二节流段1032均为半圆环形节流段，具体可以根据实际的节流需求进行选择和设计，本申请中不作具体的限定。

为了防止油液发生串流，第一壳体11和第二壳体12之间设置有第一密封件150和第二密封件160，其中，第一密封件150位于环形节流槽103的外周，防止环形节流槽103内的油液串流至外壳组件10的外部，第二密封件160位于第一空腔111和第一环形空腔112之间，能够防止油液在稳压腔101和调节腔102之间发生串流，环形节流槽103与调节腔102之间为面密封。可选地，本实施例中的第一密封件150和第二密封件160均为密封圈。

进一步地，第一壳体11靠近第二壳体12的一侧设置有环形限位凸起113，该环形限位凸起113位于环形节流槽103和第一环形空腔112之间，实际组装的过程中，使环形限位凸起113嵌设于第二环形空腔122内，能够对第一壳体11和第二壳体12之间的相对位置进行限定，可以提高第一壳体11和第二壳体12的组装效率。

再次结合图7、图8、图10至图13所示，本实施例中的第一金属片120设置于稳压腔101并可沿靠近或者远离环形节流凸台1011的方向往复运动；第二金属片130为与稳压腔101相适配的环形金属片，该第二金属片130设置于稳压腔101并可沿稳压腔101的高度方向（与环形节流凸台1011的高度方向一致的方向）往复运动，预留通道104与调节腔102的连通位置位于第二金属片130的第一侧。

优选地，第一金属片120和第二金属片130的外周均套设密封圈140，通过该密封圈140的作用，能够防止第一金属片120以及第二金属片130两侧腔室内的油液相互串流。可选地，第一金属片120和第二金属片130均铜片或铝片。第一节流器100工作时，第一金属片120和第二金属片130可以分别在稳压腔101和调节腔102之间往复运动以实现节流效果，并可以替代薄膜变形反馈式节流器应用于对油膜承载能力及刚度要求较高的液体静压主轴组件中。

进一步地，外壳组件10上还设置有进油通道105、连通通道109、出油通道106、连通腔108以及注油口107。其中，进油通道105与第一节流段1031连通，连通通道109用于连通稳压腔101和第二节流段1032，出油通道106与稳压腔101和第二节流段1032均连通，且该出油通道106的出油端与第一静压腔311或者第二静压腔613连通，连通腔108用于连通调节腔102和稳压腔101，且连通腔108与调节腔102的连通位置位于第二金属片130的第二侧，连通腔108与稳压腔101的连通位置位于第一金属片120远离环形节流凸台1011的一侧，注油口107与连通腔108连通。实际加工时，将进油通道105、连通通道109以及出油通道106设置于第一壳体11上，将连通腔108以及注油口107设置于第二壳体12上，如此设置，能够合理利用外壳组件10上的空间，并能够简化第一节流器100的加工和设计难度。

实际加工连通通道109时，会在第一壳体11的边缘形成工艺孔，为了防止油液发生泄漏，该工艺孔内设置有顶丝170等结构。主轴500工作时，液压油通过第一进油口1300和第二进油口1400分别进入第一节流器100和第二节流器400，再分别流入第一静压腔311和第二静压腔613，将主轴500的芯轴段510和前段520浮起，形成0.02mm~0.05mm的油膜间隙1200，油膜间隙1200的存在保证主轴500旋转时摩擦阻力极小，有极好的抗振性能，而承受负载时，油膜间隙1200的厚度是否发生变化，直接决定了主轴500的刚度，进而影响主轴500的精度。本发明的利用第一节流器100和第二节流器400的作用，依据流固耦合原理可保证第一静压腔311和第二静压腔613流量随外界负载变化而变化，保证油膜间隙1200厚度基本不发生改变，进而可以提高本发明的液体静压主轴组件的刚度。

具体来说，本发明的第一节流器100和第二节流器400的具体工作流程如下：

使用前，通过注油口107向连通腔108内注入固定体积的无压力液压油，注油完成后要保证第一金属片120和第二金属片130处于运动行程的中间位置，然后将注油口107密封。为了将注油口107密封，该注油口107处设置有封堵件（图中未示出），该封堵件例如可以是顶丝，也可以是密封胶等。

结合图1至图14所示，工作时，压力为Ps液压油从进油通道105进入节流器后，油液先进入第一节流段1031，进入第一节流段1031的一部分油液通过第一壳体11上的预留通道104进入调节腔102，另一部分经进入第二节流段1032后继续分流成两部分，其中一部分经过连通通道109进入稳压腔101，再经环形节流凸台1011经出油通道106流入机床上的静压腔，而第二节流段1032内的其余部分油液通过与经过环形节流凸台1011节流后的油液交汇，并同时进入到机床上的静压腔内。

工作过程中，在调节腔102的压力Ps1、稳压腔101的压力Ps2、出油通道106的压力Pr和连通腔108的共同作用下，第一金属片120和第二金属片130可以在对应的腔室内运动。具体来说，在外负载增大时，静压腔的压力大，即Pr增大，则节流器内的平衡被打破，第一金属片120及第二金属片130的相对位置发生变化，环形节流凸台1011与第一金属片120之间的节流缝隙变大，液阻变小，通过缝隙进入出油通道106的流量增多，适应了外负载的变化，可以使得机床上的静压腔的油膜厚度近乎维持不变，从而可以替代薄膜变形反馈式节流器应用于对油膜承载能力及刚度要求较高的机床中。

可见，本发明的液体静压主轴组件根据工作过程中液压站泵压与静压支承油腔（即第一静压腔311和第二静压腔613）压力存在压力差的特点，在第一节流器100和第二节流器400内部设计连通腔108，将压力差的变化转化为对节流间隙的控制。实现第一静压腔311和第二静压腔613的流量与压力成正比关系变化，即随外载荷变化油膜间隙的厚度基本保持不变，使支承油膜有较高刚度，从而保证了设备精密加工效果。

本发明实现了当液体静压主轴组件负载变化时，通过第一节流器100和第二节流器400平动反馈的方式，调节油液的流量，保证支撑油膜厚度基本保持不变，因而液体静压主轴组件有着高刚度2000N/μm，高承载能力的特点，可代替小孔节流和毛细管节流方式的静压主轴，广泛应用于超精密加工机床中。

另一方面，本申请的实施例还公开了一种机床，该机床可以是铣削机床或者磨抛机床等。该机床包括上述实施例中的液体静压主轴组件，因此，该机床包括上述实施例中的液体静压主轴组件的所有技术效果，由于前文已经对液体静压主轴组件的技术效果进行了详细描述，此处不再赘述。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种应用于机床的液体静压主轴组件，其特征在于，包括：

电机（200），所述电机（200）包括套筒（210）、定子（220）和转子（230），所述定子（220）固定设置在所述套筒（210）内部，所述转子（230）设置于所述定子（220）内部；

尾座（300），所述尾座（300）固定设置于所述电机（200）的第一端，所述尾座（300）上设置有第一安装孔（310），所述第一安装孔（310）的内壁面的周向上设置有多个第一静压腔（311）；

主轴（500），所述主轴（500）固定设置于所述转子（230）内部，所述主轴（500）的第一端穿设于所述第一安装孔（310）；

第一节流器（100），所述第一节流器（100）设置于所述尾座（300）上，所述第一节流器（100）为多个，多个所述第一节流器（100）与多个所述第一静压腔（311）一一对应地连通，所述第一节流器（100）包括外壳组件（10）、第一金属片（120）以及第二金属片（130）；

其中，所述外壳组件（10）围设形成稳压腔（101）、调节腔（102）以及环形节流槽（103），所述稳压腔（101）内设置有环形节流凸台（1011），所述调节腔（102）为围绕所述稳压腔（101）的外周设置的环形腔，所述环形节流槽（103）为围绕所述调节腔（102）的外周设置的环形槽，所述环形节流槽（103）包括第一节流段（1031）和第二节流段（1032），所述第一节流段（1031）的通流面积大于第二节流段（1032）的通流面积，所述第一节流段（1031）的侧壁上设置有与所述调节腔（102）连通的预留通道（104）；

所述第一金属片（120）设置于所述稳压腔（101）并可沿靠近或者远离所述环形节流凸台（1011）的方向往复运动；

所述第二金属片（130）为与所述环形腔相适配的环形金属片，所述第二金属片（130）设置于所述环形腔并可沿所述环形腔的高度方向往复运动；

所述外壳组件（10）上设置有进油通道（105）、连通通道（109）、出油通道（106）、连通腔（108）以及注油口（107），所述进油通道（105）与所述第一节流段（1031）连通，所述连通通道（109）用于连通所述稳压腔（101）和所述第二节流段（1032），所述出油通道（106）与所述稳压腔（101）和所述第二节流段（1032）均连通，所述出油通道（106）的出油端与所述第一静压腔（311）连通，所述连通腔（108）用于连通所述调节腔（102）和所述稳压腔（101），所述预留通道（104）与所述调节腔（102）的连通位置位于所述第二金属片（130）的第一侧，且所述连通腔（108）与所述调节腔（102）的连通位置位于所述第二金属片（130）的第二侧，所述连通腔（108）与所述稳压腔（101）的连通位置位于所述第一金属片（120）远离所述环形节流凸台（1011）的一侧，所述注油口（107）与所述连通腔（108）连通。

2.根据权利要求1所述的液体静压主轴组件，其特征在于，所述液体静压主轴组件还包括定位套（600），所述定位套（600）对接并固定设置于所述套筒（210）的第二端，所述定位套（600）上设置有第二安装孔（610）；

所述主轴（500）包括芯轴段（510）和前段（520），所述芯轴段（510）设置于所述定子（220）的内部，所述芯轴段（510）的第一端穿设于所述第一安装孔（310）内，所述前段（520）可转动地设置于所述第二安装孔（610）并与所述芯轴段（510）同轴固定。

3.根据权利要求2所述的液体静压主轴组件，其特征在于，所述第二安装孔（610）的内壁面的周向上设置有多个第二静压腔（613）；

所述液体静压主轴组件还包括多个第二节流器（400），各所述第二节流器（400）均固定设置于所述定位套（600）上，所述第二节流器（400）的结构与所述第一节流器（100）相同，多个所述第二节流器（400）的所述出油通道（106）与多个所述第二静压腔（613）一一对应地连通。

4.根据权利要求3所述的液体静压主轴组件，其特征在于，所述第二安装孔（610）靠近所述电机（200）的一端设置有第一圆锥孔段（611），所述第一圆锥孔段（611）的横截面积沿远离所述电机（200）的方向逐渐变小，所述第一圆锥孔段（611）的内壁面上设置有多个所述第二静压腔（613），所述芯轴段（510）上设置有与所述第一圆锥孔段（611）相适配的第一圆锥段（511）。

5.根据权利要求4所述的液体静压主轴组件，其特征在于，所述第二安装孔（610）远离所述电机（200）的一端设置有第二圆锥孔段（612），所述第二圆锥孔段（612）的横截面积沿远离所述电机（200）的方向逐渐变大，所述第二圆锥孔段（612）的内壁面上设置有多个所述第二静压腔（613），所述前段（520）上设置有与所述第二圆锥孔段（612）相适配的第二圆锥段（521）。

6.根据权利要求5所述的液体静压主轴组件，其特征在于，所述液体静压主轴组件还包括多种厚度不同的调节垫（700），多种所述调节垫（700）选择性地设置于所述第一圆锥段（511）和所述第二圆锥段（521）之间。

7.根据权利要求2所述的液体静压主轴组件，其特征在于，所述液体静压主轴组件还包括气密封盖（800），所述气密封盖（800）盖设于所述电机（200）的第二端并位于所述定子（220）与所述定位套（600）之间。

8.根据权利要求2所述的液体静压主轴组件，其特征在于，所述液体静压主轴组件还包括第一端盖（1000）和第二端盖（1100），所述第一端盖（1000）盖设于所述尾座（300）远离所述电机（200）的一端，所述第二端盖（1100）盖设于所述定位套（600）远离所述电机（200）的一端。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的液体静压主轴组件，其特征在于，所述外壳组件（10）包括相互贴合并固定连接在一起的第一壳体（11）和第二壳体（12），其中，

所述第一壳体（11）靠近所述第二壳体（12）的侧面上设置有第一空腔（111）和第一环形空腔（112），所述第一环形空腔（112）围绕所述第一空腔（111）的外周设置，所述第一空腔（111）内设置有所述环形节流凸台（1011）；

所述第二壳体（12）靠近所述第一壳体（11）的侧面上设置有第二空腔（121）和第二环形空腔（122），所述第二环形空腔（122）围绕所述第二空腔（121）的外周设置，所述第一空腔（111）与所述第二空腔（121）形成所述稳压腔（101），所述第一环形空腔（112）与所述第二环形空腔（122）围设形成所述调节腔（102）。

10.根据权利要求9所述的液体静压主轴组件，其特征在于，所述环形节流槽（103）设置于所述第一壳体（11）靠近所述第二壳体（12）的侧面上，所述进油通道（105）、所述连通通道（109）以及所述出油通道（106）均设置于所述第一壳体（11）上，所述连通腔（108）以及所述注油口（107）均设置于所述第二壳体（12）上。

11.根据权利要求9所述的液体静压主轴组件，其特征在于，所述第一壳体（11）靠近所述第二壳体（12）的一侧设置有环形限位凸起（113），所述环形限位凸起（113）嵌设于所述第二环形空腔（122）内。

12.根据权利要求1至8中任一项的液体静压主轴组件，其特征在于，所述第一金属片（120）和所述第二金属片（130）的外周均套设有密封圈（140）。

13.一种机床，所述机床为铣削机床或者磨抛机床，其特征在于，所述机床包括权利要求1至12中任一项所述的液体静压主轴组件。

Images