CN202224662U - 高精度高刚度大扭矩液体静压电主轴 - Google Patents

高精度高刚度大扭矩液体静压电主轴 Download PDF

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陈东菊
范晋伟
王晓峰
李云
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Abstract

高精度高刚度大扭矩液体静压电主轴,属于超精密加工领域。工作台(1)由双向止推轴承(2)进行轴向支撑,双向止推轴承(2)设置在工作台(1)的下方,用十字槽沉头螺钉(17)进行连接;双向止推轴承(2)内嵌于机座(3)空腔内;主轴(5)设置在双向止推轴承(2)下面,结构为空腔式,用双头螺柱(18)与双向止推轴承(2)进行连接;所述主轴(5)内置于径向轴承(4)内,所述径向轴承(4)上端与前轴承座(6)相连,下端与后轴承座(16)相连;无刷直流力矩电机(7)装于主轴(5)下端,与所述主轴(5)和机座(3)用连接螺钉(15)直接相连。本实用新型能够实现高精度高刚度大扭矩的力矩传送。

Description

高精度高刚度大扭矩液体静压电主轴
技术领域
本实用新型涉及用于大型超精密加工机床上大扭矩的液体静压电主轴,要求达到高的扭矩、高的精度及承载刚度。
背景技术
主轴系统广泛应用于超精密加工设备中,是超精密机床进行加工的核心部分,它的回转精度、刚度直接影响到机床的加工精度。主轴要求达到极高的回转精度,高刚度,转动平稳,无振动,这些指标直接影响到机床的加工精度。目前国产的高精度、高扭矩数控机床和加工中心所用的电主轴,仍然主要从国外进口。近年来,国内对于液体静压主轴的生产精度及刚度不能满足我们使用性能要求,高扭矩、高主轴回转精度、电机驱动方式、动平衡测试技术、轴承和润滑等一系列问题都尚待进一步深入研究,现在的驱动电机有鼠笼式异步电机和永磁式转子同步电机,但这些都不能满足高扭矩输出。
实用新型内容
为了克服上述现有技术中存在的问题,本实用新型的目的是提供了一种结构简单、加工精度高、承载刚度高和具有高扭矩输出的液体静压电主轴。
本实用新型采用的技术方案是:高精度高刚度大扭矩输出的液体静压电主轴,包括工作台1、双向止推轴承2、机座3、径向轴承4、主轴5、前轴承座6、无刷直流力矩电机7、连接螺钉15、后轴承座16、十字槽沉头螺钉17、双头螺柱18,其特征在于:工作台1由双向止推轴承2进行轴向支撑,双向止推轴承2设置在工作台1的下方,用十字槽沉头螺钉17进行连接;双向止推轴承2内嵌于机座3空腔内;主轴5设置在双向止推轴承2下面,结构为空腔式,用双头螺柱18与双向止推轴承2进行连接;所述主轴5内置于径向轴承4内,所述径向轴承4上端与前轴承座6相连,下端与后轴承座16相连;无刷直流力矩电机7装于主轴5下端,与所述主轴5和机座3用连接螺钉15直接相连。
所述的主轴5结构为空腔式。
用于支撑加工工件的工作台1为圆形。
所述双向止推轴承2在止推板14上下两个方向上均布了八个可以增加轴系承载能力的扇形油腔10,并且扇形油腔10两侧开有回油槽9。
所述径向轴承4的结构采用上下两个径向轴承油垫11共用一个轴套12的结构,所述径向轴承油垫11中包含周向六个供油油腔13,并且供油油腔13之间开有回油槽9。
由于采用以上技术方案,本实用新型的有益效果如下:本实用新型双向止推轴承中在止推板上均布了八个扇形油腔,并且扇形油腔周围开有回油槽,可以增加轴系的承载能力,从而提高整个轴系的支撑刚度;径向轴承的支撑部分采用双径向轴承油垫共用一个轴套的结构,这种结构从制造工艺上来说,容易保证两个径向轴承油垫的同轴度,对提高轴系的刚度和精度都十分有利,上下两个径向轴承油垫中,每个轴承油垫包含六个供油油腔,这种分布提高了轴系的定心精度;双向止推轴承的放置在主轴前端,径向轴承放置在主轴后端,这种结构的布局主要优点是主轴受热后向后伸长,不影响周向精度,精度高,对提高主轴部件刚度有利。对于轴向精度和刚度要求较高的使用设备中比较合适。最后采用的是无刷直流力矩电机,具有低转速、大扭矩、过载能力强、响应快、特性线性度好、力矩波动小等特点,可直接驱动负载省去减速传动齿轮,从而提高了系统的运行精度,当负载转矩增大时能自动降低转速,同时加大输出转矩,保持与负载平衡,当负载转矩为一定值时改变电机端电压便可调速,与主轴用螺钉直接连接,减少了诸多连接因素对主轴精度的影响,无刷直流力矩电机因为没有电刷,可靠性很高,以电主轴的方式进行安装和调整,输出的扭矩可以根据负载进行调整,保证大负载下高扭矩的输出,这样可以很好地满足各种加工对象的工艺要求。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图;
图2为双向止推轴承的结构示意图;
图3为径向轴承的结构示意图。
图中,1工作台,2双向止推轴承,3机座,4径向轴承,5主轴,6前轴承座,7无刷直流力矩电机,8节流孔,9回油槽,10扇形油腔,11径向轴承油垫,12轴套,13供油油腔,14止推板,15连接螺钉,16后轴承座,17连接螺钉,18双头螺柱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步描述。
图1所示,液体静压主轴,包括工作台1、双向止推轴承2、机座3、径向轴承4、主轴5、前轴承座6、无刷直流力矩电机7、节流孔8,轴套12,止推板14,连接螺钉15,后轴承座16,十字槽沉头螺钉17,双头螺柱18。工作台1由双向止推轴承2进行轴向支撑,双向止推轴承2设置在工作台1的下方,用十字槽沉头螺钉17进行连接;双向止推轴承2在中间止推板14上下两个方向上均布了八个扇形油腔10,并且油腔两侧开有回油槽9,液压油通过液压管道经过节流孔8流入止推板14上下两个方向上的八个扇形油腔10中,液压油通过回油槽9流入油泵,可以增加轴系的承载能力,从而提高整个轴系的支撑刚度;具有结构简单,工艺性好等优点;主轴5设置在双向止推轴承2下面,为减少重量结构采用空腔式,用双头螺柱18与双向止推轴承2进行连接;主轴5的周向运动由径向轴承4进行定位,所述径向轴承4上端与前轴承座6相连,下端与后轴承座16相连,径向轴承4采用上下两个径向轴承油垫11共用一个轴套12的结构,这种结构从制造工艺上来说,容易保证两个轴承的同轴度,对提高轴系的刚度和精度都十分有利,上下两个供油腔面中,每个腔面分为六个供油腔13,这种分布提高了轴系的定心精度,液压油从油泵出来经过分压器把不同压力的油分别压入双向止推轴承2和径向轴承4中,同样液压油通过液压管道经过节流孔8流入供油油腔13中,通过回油槽9流入油泵;所述主轴5的驱动方式为无刷直流力矩电机7直接驱动,无刷直流力矩电机7装于主轴5下端,与所述主轴5和机座3用连接螺钉15直接相连,减少了诸多连接因素对主轴精度的影响,力矩电机因为没有电刷,可靠性很高,以电主轴的方式进行安装和调整,输出的扭矩可以根据负载进行调整,保证大负载下高扭矩的输出,这样可以很好地满足各种加工对象的工艺要求。
图2所示,该双向止推轴承2结构用来支撑工作台1的轴向载荷。该结构采用带有回油槽9的扇形油腔10的结构,共含有八个扇形油腔10,这种结构的定心能力好,以前结构一般只是设计无回油槽的四油腔环形油垫结构,而这里的油垫结构是有多个回油槽9的扇形油腔10结构,因为这种结构的轴承比没有回油槽的油腔结构静刚度大。
图3所示,该径向轴承4结构用来定位主轴5的周向运动。径向轴承4的结构采用两个径向轴承油垫11共用轴套12的结构,这种结构从制造工艺上来说,容易保证两个轴承油垫11的同轴度,对提高轴系的刚度和精度都十分有利,上下两个径向轴承油垫11中,每个包含六个供油油腔13,并且供油油腔13两侧开有回油槽9,这种分布增加了径向轴承4的刚度,提高了轴系的定心精度。

Claims (5)

1.高精度高刚度大扭矩液体静压电主轴,包括工作台(1)、双向止推轴承(2)、机座(3)、径向轴承(4)、主轴(5)、前轴承座(6)、无刷直流力矩电机(7)、连接螺钉(15)、后轴承座(16)、十字槽沉头螺钉(17)、双头螺柱(18),其特征在于:工作台(1)由双向止推轴承(2)进行轴向支撑,双向止推轴承(2)设置在工作台(1)的下方,用十字槽沉头螺钉(17)进行连接;双向止推轴承(2)内嵌于机座(3)空腔内;主轴(5)设置在双向止推轴承(2)下面,结构为空腔式,用双头螺柱(18)与双向止推轴承(2)进行连接;所述主轴(5)内置于径向轴承(4)内,所述径向轴承(4)上端与前轴承座(6)相连,下端与后轴承座(16)相连;无刷直流力矩电机(7)装于主轴(5)下端,与所述主轴(5)和机座(3)用连接螺钉(15)直接相连。
2.根据权利要求1所述的高精度高刚度大扭矩液体静压电主轴,其特征在于:所述的主轴(5)结构为空腔式。
3.根据权利要求1所述的高精度高刚度大扭矩液体静压电主轴,其特征在于:用于支撑加工工件的工作台(1)为圆形。
4.根据权利要求1所述的高精度高刚度大扭矩液体静压电主轴,其特征在于:所述双向止推轴承(2)在止推板(14)上下两个方向上均布了八个可以增加轴系承载能力的扇形油腔(10),并且扇形油腔(10)两侧开有回油槽(9)。
5.根据权利要求1所述的高精度高刚度大扭矩液体静压电主轴,其特征在于:所述径向轴承(4)的结构采用上下两个径向轴承油垫(11)共用一个轴套(12)的结构,所述径向轴承油垫(11)中包含周向六个供油油腔(13),并且供油油腔(13)之间开有回油槽(9)。 
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CN102266952A (zh) * 2011-07-07 2011-12-07 北京工业大学 高精度高刚度大扭矩液体静压电主轴
CN111022500A (zh) * 2020-01-07 2020-04-17 中国工程物理研究院总体工程研究所 一种在高g值离心场下工作的液体静压轴承
CN114571362A (zh) * 2022-02-10 2022-06-03 北京工业大学 一种应用于晶圆减薄抛光的永磁传动式气浮主轴

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