CN203993160U - 用于重型设备的精密回转装置 - Google Patents

Abstract

用于重型设备的精密回转装置。包括转台底座、转动平台、可调节轴向预负荷的推力向心组合圆锥滚子轴承，转台内装有回转装置分度和角位移测量系统，即编码器，以及校验坐标绝对零点的顶尖座。转台全部配合均为无间隙全过盈配合。在转台底座和转动平台之间装有力矩电机，力矩电机转子在定子内,可实现直接驱动的无间隙正反转动。转台的承载能力为轴向负荷数吨至数十吨，转台的回转精度几微米，可以实现1-2角秒分度、定位精度。可以满足高承载能力、高精度、高刚度。譬如，经优化设计的转台机件，在30吨载荷下，变形只有1微米。精密转台用作重型齿轮测试仪器或自动检测中心、大型望远镜、雷达和其他重型精密设备的回转装置。

Description

用于重型设备的精密回转装置

(一)技术领域：

本实用新型涉及一种精密重型回转装置，主要应用于精密机床、精密加工中心、大型精密测试仪器、数控自动化检测中心，大型望远镜、雷达等大型精密机械和装备。

(二)背景技术：

回转装置是重型机床(如大型立式车床、铣床、磨床、或者其它需要高承载能力、高精度的机床、加工中心)以及重型精密设备(如:数控自动齿轮检测中心,大型望远镜，雷达用的转台等)的非常重要的核心部件。传统方式的回转装置由于现有轴承的设计缺陷，轴承滚子不能实现纯滚动运动，会出现低速运动爬行，在重载条件下无法实现精密的分度和角度定位。因此，现有的回转装置不能保证高承载、高刚度、高精度的要求。

本公司开发的高精度推力向心组合圆锥滚子轴承(发明专利号ZL200810045722.3)发明了一种全新的推力向心组合圆锥滚子轴承，轴承滚子以纯滚动形式运动，可在重载条件下，实现低速转动而全无爬行，这就为精密的分度运动、定位或跟踪，提供了扎实的基础。我公司开发的重型设备的回转装置(专利号ZL201020686809.1)，不但在轴承内部的滚子及对应的滚道之间无径向和轴向游隙，轴承内外套圈与其配合的轴肩和座孔之间，也无间隙，这是一种完全无间隙全过盈配合的无轴系的回转装置，使回转装置实现高承载能力，高刚度和高精度。

现有齿轮检测、或者二维、三维精密转台多用以钢球为滚动体的密珠轴系，以保证高的精度、小的摩擦力矩和低速无爬行的正反向回转、分度或定位。但是,这些装置，只能在较轻的载荷情况下应用。

如果回转装置需要使用在如下重型精密设备的场合，则需要提供更加精密的回转装置：①用于加工精度达到微米级，工件直径1600mm以上的精密车床，齿轮机床的转台。②用于承载回转检测重型齿轮,直径1000mm以上，重量数吨以上的重型齿轮检测仪器。③用于重量数吨到几十吨的望远镜，尤其是需要自动追踪、按程序自动分度、无间隙反向和定位的要求,在角度秒时，例如±1”或±2”时，钢球式的密珠轴系由于承载力不足，不能用了。用现有的圆柱滚子转盘轴承或者十字交叉滚子轴承，由于这两类轴承是伪滚动轴承，它们每一瞬间都在滑扭、跳动，就是不会“纯滚动”，当负荷较大时，轴承滑不动或者突然跳一步，就产生低速爬行。

(三)发明内容：

本实用新型提出的用于重型设备的精密回转装置，目的就是在上述本公司原有专利已实现高承载能力(数吨到数十吨)、高刚度基础上，进一步实现低速(每分钟数转)、正反转动换向、高精度分度、定位等精密无爬行、无反向间隙的转动运动,为重型精密、机床齿轮测量仪器、大型望远镜、雷达或其他重型精密设备提供一种精密回转装置。

其技术方案如下：

用于重型设备的精密回转装置，包括：转台底座、转动平台和驱动装置；其特征是:1)在转台底座和转动平台间设可调节轴向预负荷的推力向心组合圆锥滚子轴承4。2)驱动装置采用在转台底座和转动平台之间装一台力矩电机；力矩电机转子置于力矩电机定子内。3)在转动平台中心内孔中，装设用于 回转装置分度和定位精度检测的圆光栅角位移测量系统，也可称为编码器9。该系统9内圈用传动件⒐1与转动平台连接；该系统9外圈用不动的支架⒐2固定于转台底座上。4)包括转台底座、转动平台、推力向心组合圆锥滚子轴承、力矩电机的全部圆周配合面间均为无间隙全过盈配合。

上述转动平台2的内孔上方可装设有校验绝对零点位置的顶尖座8；顶尖座通过顶尖圆台8.1、螺钉8.2与转动平台固定连接。两者保持完全同心。

上述包括转台底座、转动平台、推力向心组合圆锥滚子轴承、力矩电机的全部圆周配合面均达到微米级的同轴度，以保证顶尖8上的跳动量≦0.003毫米。

上述轴承底座、转动平台的承重另部件材料均采用灰铸铁或铸钢件。

上述可调节轴向预负荷的推力向心组合圆锥滚子轴承4的具体结构在具体实施方式中结合附图说明。

上述力矩电机定子和力矩电机转子具体结构及固定方式在具体实施方式中结合附图说明。

上述圆光栅角位移测量系统可选择圆光栅上的刻度不低于18000线。上述圆光栅内圈与转动平台传动连接,外圈固定于轴承底座。

上述全部圆周配合面的无间隙全过盈配合过盈量取值范围为0.005-0.010毫米。

本实用新型有益效果：

1)采用的推力向心组合圆锥滚子轴承，设有可调节轴向预负荷的轴向预负荷垫片⒋6和压环5调节，为此轴承内部滚子和滚道间无轴向、径向游隙。滚子和滚道间在高载荷条件下可实现纯滚动运动。当再配以足够大的力矩电机直接驱动和高精度的编码器时，可以实现±1”角度秒的分度和定位精度。即是说在驱动和合理的编码器配置下(圆光栅上的刻度不低于18000线)，精密转台分度定位精度可以达到几角度秒。

2)本回转装置采用力矩电机作驱动装置，从驱动系统和布置是属直接驱动的内传动,即带动转动平台的转子在定子内。使回转装置可无间隙正反转运动、转动平稳、噪声小、结构简单、占用空间小，消除齿轮等传动的机械误差。

3)采用高精度的编码器,具有优越的重复分度和定位精度，可保证转台在高承载时实现低速、无爬行、正反转条件下的高精度分度和角度定位。

4)全部圆周配合面间均设计为无间隙全过盈配合，再加上选用的上述可调的高精度推力向心组合圆锥滚子轴承，本转台设计有合理的润滑，以保证达到高精度及精度寿命的要求。全部圆周配合面同轴度设计和制造的高，例如同轴度误差达到0.0015毫米，完全满足整体设备的技术要求。

5)按设备总体要求，可设顶尖座8校验绝对零点位置，装配好以后，顶尖锥面的全跳动值小于0.003毫米。

6)轴承底座、转动平台等重要机件均用有限元法在1.2至1.5倍最大负荷条件下，进行结构应力变形分析和优化设计，最大变形小于技术要求，例如只有0.001-0.002毫米。轴承底座、转动平台制造精度很高，例如轴承安装面的平面度、端面跳动，圆周面的圆度、径向跳动均小于2微米。所有铸件还需经数次消除应力回火处理，以保证转台的精度寿命。例如:本公司自制、自用的两台2500毫米精密立式车床，精车2.4米工件，径向和端面跳动均小于3微 米，达到同规格磨床的加工精度。

7)轴承底座1、转动平台2一般采用高标号灰铸铁制作,例如：承受30吨轴向负荷的精密回转装置，重要机件采用300灰铸件制造，经优化设计轴承底座的弹性变形只有1微米。如果负荷更大，也可采用铸钢件，但均应在粗加工、半精加工和粗磨后予以消除应力回火，以保持加工得到的高精度寿命。

(四)附图说明

图1用于重型设备的精密回转装置总装剖视图。

(五)具体实施方式

见图1，用于重型设备的精密回转装置，本实施例为用于重型齿轮检测的精密回转装置，包括：

转台底座1：固定在设备机台上的底座。中心处称内座⒈1，其外圆有一个外环平台⒈.2。转动平台2：在转台底座1上方，通过推力向心组合圆锥滚子轴承4支撑于转台底座。转动平台2包括：内部的空心轴⒉1，外周的外筒⒉.2。

在转台底座1和转动平台2间设如下可调节轴向预负荷的推力向心组合圆锥滚子轴承4：在转台底座内座⒈1上端外圆固定一个静止的圆锥内圈⒋5和在转台底座外环平台⒈2上平面固定一个静止的止推座圈⒋1；在转动平台外筒⒉2固定一个动圈⒋3；圆锥内圈⒋5和动圈⒋3间装若干向心推力圆锥滚子⒋4，止推座圈和动圈间装若干推力圆锥滚子⒋2；且在圆锥内圈⒋6上方装有轴向调节轴向预负荷的垫片⒋6和压环5。

驱动装置为一台力矩电机3,装在转台底座内座⒈1内孔和转动平台2的空心轴⒉1之间,力矩电机转子⒊2置于力矩电机定子⒊1内。力矩电机定子⒊1固定于在转台底座⒈1内孔，并由定子压紧端盖9.5和螺钉9.3、9.4固定。力矩电机转子⒊2固定于转动平台空心轴⒉1的外圆上，并由转子压紧端盖10和螺钉10.1、10.2固定。

在转动平台2中心内孔中，装设用于测量回转角度的圆光栅角位移测量系统9，即编码器。编码器9内圈通过与内圈相配合的传动件9.1与转动平台2传动连接；本实施例传动件9.1通过顶尖圆台8.1与转动平台2传动连接。本实施例编码器外圈通过安装静止不动的支架9.2固定于定子压紧端盖9.5上，再通过定子压紧端盖9.5和螺钉9.3、9.4固定于转台底座1上。编码器自身是市售产品，但是作用重要，需要选择精度高的，例如，其圆光栅上的刻度不低于18000线。

包括转台底座1、转动平台2、推力向心组合圆锥滚子轴承4、力矩电机3的全部圆周配合面间均为无间隙全过盈配合，过盈量0.005-0.010毫米。全部圆周配合面并保持全部回转运动完全同心，全部圆周配合面达到微米级的同轴度，使顶尖座8顶尖上的跳动量小于0.003毫米。

按设备总体要求，转动平台2的内孔上方可装有校验绝对零点位置的顶尖座8；顶尖座8通过顶尖圆台8.1、螺钉8.2与转动平台固定连接。顶尖座8和顶尖圆台8.1保持完全同心。因顶尖自身需要非常精密，为外供件，安装调试后的全跳动，实际达到1-2微米，如设备无需要，也可以不安装顶尖座8。

本实施例为承受30吨轴向负荷的精密回转装置，重要机件均采用300灰铸件制造,经优化设计轴承底座的弹性变形只有1微米。

Claims (7)

1.用于重型设备的精密回转装置，包括：转台底座(1)、转动平台(2)和驱动装置；其特征是:

1)在转台底座和转动平台间设可调节轴向预负荷的推力向心组合圆锥滚子轴承(4)；

2)驱动装置采用在转台底座和转动平台之间装一台力矩电机(3)；力矩电机转子置于力矩电机定子内；

3)在转动平台中心内孔中，装设用于回转装置分度和定位精度检测的圆光栅角位移测量系统(9)；

4)包括转台底座、转动平台、推力向心组合圆锥滚子轴承、力矩电机的全部圆周配合面间均为无间隙全过盈配合。

2.按权利要求1所述精密回转装置,其特征是:转动平台上方装有校验绝对零点位置的顶尖座(8)。

3.按权利要求2所述精密回转装置,其特征是所述包括转台底座、转动平台、推力向心组合圆锥滚子轴承、力矩电机的全部配合圆周达到微米级的同轴度,以保证顶尖座顶尖上的跳动量≦0.003毫米。

4.按权利要求1所述精密回转装置,其特征是:包括轴承底座、转动平台的承重另部件材料均采用灰铸铁或铸钢件。

5.按权利要求1所述精密回转装置,其特征是:所述圆光栅角位移测量系统内圆光栅上的刻度不低于18000线。

6.按权利要求1所述精密回转装置,其特征是:所述全部圆周配合面间的全过盈配合的过盈量取值范围为0.005-0.010毫米。

7.按权利要求1所述精密回转装置,其特征是:所述圆光栅角位移测量系统(9)中圆光栅内圈通过传动件(⒐1)与转动平台(2)连接；圆光栅外圈通过不动的支架(⒐2)固定于转台底座(1)上。