CN115596767A - 一种带有磁流体阻尼器的气体静压转台 - Google Patents

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Abstract

一种带有磁流体阻尼器的气体静压转台，属于超精密装备制造技术领域。为了提高气体静压转台的抗干扰能力。所述轴套上设置有气路总成，所述气路总成供气后，使上辐板下表面与轴套的上表面之间形成了上止推轴承，所述轴套的下表面与下辐板的上表面之间形成了下止推轴承，所述轴套内圆柱表面与主轴转子的外圆柱表面形成了径向轴承。本发明通过在下部增添磁流变阻尼器从而达到了对所设计气体静压转台的阻尼可控，可使转台实现快速启动与停止、高速旋转以及配合位置反馈元件实现超高精度定位等多种优良功能，大大提高了整体气体静压转台的抗干扰能力。

Description

一种带有磁流体阻尼器的气体静压转台
技术领域
本发明属于超精密装备制造技术领域，具体涉及一种带有磁流体阻尼器的气体静压转台。
背景技术
在现代超精密加工检测设备的设计以及应用当中，转台的精度以及抗干扰能力对整体设备的性能以及所加工或者检测零件的精度具有很大的影响。由于气体静压转台具有很高的回转精度，在高速转动的状态下温度变化小，所以造成的热变形误差就很小，所以气体静压转台被广泛应用到超精密加工检测设备当中。而传统的气体静压转台是以气体作为润滑剂，依靠外界提供的气体压力源在止推轴承以及径向轴承处形成润滑气膜，润滑气膜可将转台的转动轴及其负载完全浮起，并为其提供了支撑刚度。
传统气体静压转台最显著优点是其回转精度高，气膜摩擦小，润滑膜具有误差均化效果，减小了加工误差对于回转精度的影响，静压滑动轴承相比于动压滑动轴承润滑膜更加稳定，转台在低速运行或高速运行时润滑膜都能保持完整，理论上可以在完全无磨损的情况下工作，可实现低速无爬行与低发热量。但由于气膜的阻尼较低，导致转台的抗干扰能力较差，容易因为气膜间隙变化或者外界管路等扰动而产生波动，从而会影响加或者检测的精度。所以，如何提高气体静压转台的抗干扰能力是一个亟待解决的问题。
发明内容
为了提高气体静压转台的抗干扰能力，本发明提供一种带有磁流体阻尼器的气体静压转台。
本发明所采取的技术方案是：一种带有磁流体阻尼器的气体静压转台，由上辐板、轴套、主轴转子及下辐板形成传统的气体静压轴承部分；所述轴套套设在主轴转子上，所述上辐板和下辐板夹持在主轴转子上下两端并均通过螺栓固定在主轴转子上；所述轴套上设置有气路总成，所述气路总成供气后，使上辐板下表面与轴套的上表面之间形成了上止推轴承，所述轴套的下表面与下辐板的上表面之间形成了下止推轴承，所述轴套内圆柱表面与主轴转子的外圆柱表面形成了径向轴承。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明通过在下部增添磁流变阻尼器从而达到了对所设计气体静压转台的阻尼可控，即通过控制线圈中电流的大小进而控制产生磁场的大小，这样就可以控制底座腔室中的磁流变液产生不同的阻尼特性，通过阻尼器转子在其中转动从而将可控阻尼传递给转台，从而使得整体气体静压转台的阻尼大小可以得到人为控制，这样以来就可使转台实现快速启动与停止、高速旋转以及配合位置反馈元件实现超高精度定位等多种优良功能，大大提高了整体气体静压转台的抗干扰能力。
此外，本发明通过结构设计与合理布局，使得整体转台结构紧凑，通过合理设计上下止推气膜间隙配合外界气压源调节就可使得气体静压转台具有较高的刚度。通过利用现有增压设备将供气压力提升至0.8MPa以上，以此来提高转台的承载能力。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明节流器分布示意图；
图3是本发明整体轴测图；
其中：1、上辐板；2、轴套；3、节流器；4、主轴转子；5、下辐板；6、分气环；7、轴套支承；8、电机定子支架；9、转接口；10、线圈压板；11、线圈；12、底座；13、密封垫；14、底盖；15、磁流变液；16、阻尼器转子17、密封圈；18、光栅安装轴；19、圆光栅；20、读数头；21、读数头安装座；22、电机定子压板；23、电机动子压板；24、电机动子；25、电机定子；26、电机动子安装轴；27、轴向气道I；28、径向气道I；29、轴向气道II；30、轴向气道III；31、径向气道II。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的做进一步详细的描述。
如图1～3所示，本发明的一种带有磁流体阻尼器的气体静压转台，由上辐板1、轴套2、主轴转子4及下辐板5形成传统的气体静压轴承部分；其中：所述轴套2套设在主轴转子4上，所述上辐板1和下辐板5夹持在主轴转子4上下两端并均通过螺栓固定在主轴转子4上；所述轴套2上设置有气路总成，所述气路总成供气后，使上辐板1下表面与轴套2的上表面之间形成了上止推轴承，所述轴套2的下表面与下辐板5的上表面之间形成了下止推轴承，所述轴套2内圆柱表面与主轴转子4的外圆柱表面形成了径向轴承。
具体为：气路总成由依次连通的若干轴向气道I27、若干径向气道I28、环形槽二、环形槽一、轴向气道II29、轴向气道III30和径向气道II31构成，并且实现了用一个供气孔给所有的轴向气道I27以及径向气道I28进行供气的目的；其中：
所述若干轴向气道I27和若干径向气道I28一一对应相互连通，并沿圆周方向均布设置在轴套2上，且若干轴向气道I27贯通于轴套2；
与所述若干径向气道I28连通的环形槽二设置在轴套2的圆柱外壁上，与环形槽二连通的环形槽一设置在分气环6上，环形槽一和环形槽二形成环形气道，进而将若干径向气道I28连通，所述分气环6套装在轴套2上；
与所述环形气道连通的轴向气道II29设置在轴套支承7上，所述轴套支承7通过螺栓固定在分气环6下表面上且套装在轴套2上，
与所述轴向气道II29连通的轴向气道III30设置在电机定子支架8上，且电机定子支架8内还设置与轴向气道III30连通的径向气道II31，径向气道II31外接外部气路管道，所述电机定子支架8通过螺栓固定在轴套支承7下表面上。(此时的，下辐板5设置在电机定子支架8中部设有的凹槽内。)
再对上述气路总成实施供气后，上辐板1下表面与轴套2的上表面之间形成了上止推轴承，所述轴套2的下表面与下辐板5的上表面之间形成了下止推轴承，所述轴套2内圆柱表面与主轴转子4的外圆柱表面形成了径向轴承。
进一步的，在径向气道II31的外部开口处安装有转接口9，通过转接口9将气体静压转台的内部气路总成与外部气路管道连接。
每个轴向气道I27的上下两个末端均设有节流器3，所有径向气道I28靠近主轴转子4的一端均设有节流器3，分别用于形成气体静压轴承的止推轴承以及径向轴承。
如图2，优选的，所述轴向气道I27与径向气道I28在轴套2上沿圆周方向均布个数均为12个。
所述带有磁流体阻尼器的气体静压转台还包括线圈压板10、线圈11、底座12、底盖14、磁流变液15及阻尼器转子16；所述底座12通过螺栓与电机定子支架8下表面固定连接，所述底座12中部开设一上下两端均贯通的腔室结构，所述底盖14通过螺栓连接固定在底座12下端上，用于密封底座12腔室结构的下端，所述磁流变液15充满于所述腔室结构中，所述阻尼器转子16分为两部分，上半部分为一圆柱状结构，用于将阻尼器转子16通过螺栓连接到中间连接件(即下文的光栅安装轴18、电机动子压板23、电机动子安装轴26和下辐板5)上进而与主轴转子4相连接，下半部分为一圆盘状结构，完全浸没在充满磁流变液的腔室中，用于在转动时与磁流变液15作用产生阻尼，进而通过中间连接件将阻尼传递给上部主轴部分，所述底座12的上表面上环绕腔室结构设有一圆环形深槽，所述线圈11布置在上述圆环形深槽中。
通过控制线圈11中的电流大小进而控制其产生磁场强度的大小，因为磁流变液15在不同磁场强度下会呈现不同的状态以及不同的阻尼特性，从而可以实现通过人为控制外部电流大小来控制磁流变液15呈现不同的状态以及不同的阻尼特性，进而当阻尼器转子16在其中旋转时就会产生可控的阻尼，从而可以实现整体气体静压转台阻尼大小的人为控制，就可使转台实现快速启动与停止、高速旋转以及配合位置反馈元件实现超高精度定位等多种优良功能，大大提高了整体气体静压转台的抗干扰能力。
所述底座12与底盖14连接处设有密封垫13，用于防止磁流变液15从底座12下部渗漏；在所述阻尼器转子16与底座12的间隙设有密封圈17，用于防止在转台工作时磁流变液15向上部渗漏，防止磁流变液15污染转台上部的重要零部件。
所述磁流变液15为含钴胶体的铁磁流体。
所述阻尼器转子16的回转中轴线与主轴转子4的回转中轴线重合。
通过结构设计与合理布局，使得整体转台结构紧凑，通过合理设计上下止推气膜间隙配合外界气压源调节就可使得气体静压转台具有较高的刚度。通过利用现有增压设备将供气压力提升至0.8MPa以上，以此来提高转台的承载能力。
所述带有磁流体阻尼器的气体静压转台还包括电机定子压板22、电机动子压板23、电机动子24、电机定子25及电机动子安装轴26；所述电机动子安装轴26通过螺栓连接固定在下辐板5下部，且设置在电机定子支架8设置的中心孔内，所述电机动子24通过电机动子压板23固定在电机动子安装轴26下部上，所述电机定子支架8设置有一圆槽，电机定子25置于圆槽中，并间隙套装在电机动子24外侧，使电机定子25与电机动子24之间为转动连接，电机定子25通过电机定子压板22固定在电机定子支架8上，所述电机定子25以及电机动子24为气体静压转台提供转矩。
所述电机动子24的回转中轴线与主轴转子4的回转中轴线重合。
电机定子25与电机动子24均为无框力矩电机。
所述带有磁流体阻尼器的气体静压转台还包括光栅安装轴18、圆光栅19、读数头20及读数头安装座21；所述光栅安装轴18通过螺栓连接固定在电机动子压板23上，下部通过螺栓与阻尼器转子16相连接，所述圆光栅19通过螺栓连接固定在光栅安装轴18上，所述读数头20通过读数头安装座21固定在电机定子支架8上。
所述圆光栅19以及读数头20用于气体静压转台的位置反馈，配合上述磁流体阻尼器的使用，进而可实现气体静压转台的高精度定位以及快速响应等。
图1所表示的气体静压转台为小孔节流形式，但在实际加工应用当中，还可以将其改为表面节流或者多孔质节流形式，并不限制气浮轴承的节流形式。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种带有磁流体阻尼器的气体静压转台，包括上辐板(1)、轴套(2)、主轴转子(4)及下辐板(5)；所述轴套(2)套设在主轴转子(4)上，所述上辐板(1)和下辐板(5)夹持在主轴转子(4)上下两端并均通过螺栓固定在主轴转子(4)上；其特征在于：所述轴套(2)上设置有气路总成，所述气路总成供气后，使上辐板(1)下表面与轴套(2)的上表面之间形成了上止推轴承，所述轴套(2)的下表面与下辐板(5)的上表面之间形成了下止推轴承，所述轴套(2)内圆柱表面与主轴转子(4)的外圆柱表面形成了径向轴承。
2.根据权利要求1所述的一种带有磁流体阻尼器的气体静压转台，其特征在于：所述气路总成由依次连通的若干轴向气道I(27)、若干径向气道I(28)、环形槽二、环形槽一、轴向气道II(29)、轴向气道III(30)和径向气道II(31)构成，并且实现了用一个供气孔给所有的轴向气道I(27)以及径向气道I(28)进行供气的目的；
所述若干轴向气道I(27)和若干径向气道I(28)一一对应相互连通，并沿圆周方向均布设置在轴套(2)上，且若干轴向气道I(27)贯通于轴套(2)；
与所述若干径向气道I(28)连通的环形槽二设置在轴套(2)的圆柱外壁上，与环形槽二连通的环形槽一设置在分气环(6)上，环形槽一和环形槽二形成环形气道，进而将若干径向气道I(28)连通，所述分气环(6)套装在轴套(2)上；
与所述环形气道连通的轴向气道II(29)设置在轴套支承(7)上，所述轴套支承(7)通过螺栓固定在分气环(6)下表面上且套装在轴套(2)上，
与所述轴向气道II(29)连通的轴向气道III(30)设置在电机定子支架(8)上，且电机定子支架(8)内还设置与轴向气道III(30)连通的径向气道II(31)，径向气道II(31)外接外部气路管道，所述电机定子支架(8)通过螺栓固定在轴套支承(7)下表面上。
3.根据权利要求2所述的一种带有磁流体阻尼器的气体静压转台，其特征在于：每个轴向气道I(27)的上下两个末端均设有节流器(3)，所有径向气道I(28)靠近主轴转子(4)的一端均设有节流器(3)，分别用于形成气体静压轴承的止推轴承以及径向轴承。
4.根据权利要求1所述的一种带有磁流体阻尼器的气体静压转台，其特征在于：所述带有磁流体阻尼器的气体静压转台还包括线圈压板(10)、线圈(11)、底座(12)、底盖(14)、磁流变液(15)及阻尼器转子(16)；所述底座(12)通过螺栓与电机定子支架(8)下表面固定连接，所述底座(12)中部开设一上下两端均贯通的腔室结构，所述底盖(14)通过螺栓连接固定在底座(12)下端上，用于密封底座(12)腔室结构的下端，所述磁流变液(15)充满于所述腔室结构中，所述阻尼器转子(16)分为两部分，上半部分为一圆柱状结构，用于将阻尼器转子(16)通过螺栓连接到中间连接件上进而与主轴转子4相连接，下半部分为一圆盘状结构，完全浸没在充满磁流变液的腔室中，用于在转动时与磁流变液(15)作用产生阻尼，进而通过中间连接件将阻尼传递给上部主轴部分，所述底座(12)的上表面上环绕腔室结构设有一圆环形深槽，所述线圈(11)布置在上述圆环形深槽中。
5.根据权利要求4所述的一种带有磁流体阻尼器的气体静压转台，其特征在于：所述底座(12)与底盖(14)连接处设有密封垫(13)，用于防止磁流变液(15)从底座(12)下部渗漏；在所述阻尼器转子(16)与底座(12)的间隙设有密封圈(17)，用于防止在转台工作时磁流变液(15)向上部渗漏，防止磁流变液(15)污染转台上部的重要零部件。
6.根据权利要求5所述的一种带有磁流体阻尼器的气体静压转台，其特征在于：所述磁流变液(15)为含钴胶体的铁磁流体。
7.根据权利要求6所述的一种带有磁流体阻尼器的气体静压转台，其特征在于：所述阻尼器转子(16)的回转中轴线与主轴转子4的回转中轴线重合。
8.根据权利要求4所述的一种带有磁流体阻尼器的气体静压转台，其特征在于：所述带有磁流体阻尼器的气体静压转台还包括电机定子压板(22)、电机动子压板(23)、电机动子(24)、电机定子(25)及电机动子安装轴(26)；所述电机动子安装轴(26)通过螺栓连接固定在下辐板(5)下部，且设置在电机定子支架(8)设置的中心孔内，所述电机动子(24)通过电机动子压板(23)固定在电机动子安装轴(26)下部上，所述电机定子支架(8)设置有一圆槽，电机定子(25)置于圆槽中，并间隙套装在电机动子(24)外侧，电机定子(25)通过电机定子压板(22)固定在电机定子支架(8)上，所述电机定子(25)以及电机动子(24)为气体静压转台提供转矩。
9.根据权利要求8所述的一种带有磁流体阻尼器的气体静压转台，其特征在于：所述电机定子(25)与电机动子(24)之间为转动连接，所述电机动子(24)的回转中轴线与主轴转子(4)的回转中轴线重合。
10.根据权利要求8所述的一种带有磁流体阻尼器的气体静压转台，其特征在于：所述带有磁流体阻尼器的气体静压转台还包括光栅安装轴(18)、圆光栅(19)、读数头(20)及读数头安装座(21)；所述光栅安装轴(18)通过螺栓连接固定在电机动子压板(23)上，下部通过螺栓与阻尼器转子(16)相连接，所述圆光栅(19)通过螺栓连接固定在光栅安装轴(18)上，所述读数头(20)通过读数头安装座(21)固定在电机定子支架(8)上。
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