RU2788876C1

RU2788876C1 - Rotary table with gas static support

Info

Publication number: RU2788876C1
Application number: RU2022111638A
Authority: RU
Inventors: Сергей Викторович Бурдак; Дмитрий Олегович Гакинульян; Евгений Мефодьевич Захаревич; Роман Александрович Пошехонов; Николай Алексеевич Орлов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение Асферика"
Filing date: 2022-04-28
Publication date: 2023-01-25

Abstract

FIELD: parts processing.

SUBSTANCE: invention relates to the field of precision machine tool building and can be used in the processing of parts with nanoscale precision. The turntable contains a turntable with an outer working surface mounted on the base by means of gas-static bearings formed by the corresponding surfaces of the gas-static thrust bearing, located on the base and rigidly connected to the spike located under the turntable, and the gas-static bushing, installed with its flat bearing surface on the flat bearing surface mentioned thrust bearing and coupled with a spike. At the same time, said bushing is located in contact with the inner surface of the rotary plate with the possibility of limited adjustment movement jointly with it. The table is equipped with devices for adjusting the relative position of the rotary plate and said bushing with the possibility of their mutual fixation after adjustment, while the cavities of gas-static bearings are made in the form of separate recesses with throttles installed in them and are combined into at least two separate groups with independent supply of compressed gas through individual control elements in each group of cavities.

EFFECT: use of the invention improves the accuracy of processing.

3 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к области прецизионного машиностроения и может применяться для создания особо точных станков, измерительного и прочего оборудования, требующего высокоточного вращения и прецизионной юстировки оси или позиционирования ротора в осевом и радиальном направлении с наноразмерной точностью. The invention relates to the field of precision engineering and can be used to create high-precision machine tools, measuring and other equipment that requires high-precision rotation and precision alignment of the axis or positioning of the rotor in the axial and radial direction with nanoscale accuracy.

При использовании газостатических опор исключается контакт и связанные с ним проблемы: сухое трение, фрикционные колебания, потеря точности из-за износа. Опорные реакции создаются большими поверхностями, за счет чего достигается эффект усреднения, заключающийся в том, что при вращении биения оси ротора на газостатических подшипниках меньше величины дефектов опор в 10…20 раз.When using gas static bearings, contact and related problems are eliminated: dry friction, frictional vibrations, loss of accuracy due to wear. Support reactions are created by large surfaces, due to which the effect of averaging is achieved, which consists in the fact that during rotation of the beating of the rotor axis on gas-static bearings, the value of defects in the supports is 10 ... 20 times less.

Известны компоновки роторов с самоустанавливающимися опорами:Known layouts of rotors with self-aligning supports:

- двумя сферическими опорами- two spherical supports

- со сферической и плоской опорами. - with spherical and flat supports.

Роторы таких схем имеют качественное преимущества:Rotors of such schemes have a qualitative advantage:

- угловые погрешности относительного расположения опорных поверхностей корпуса и ротора не приводят к биениям при вращении;- angular errors in the relative location of the bearing surfaces of the housing and the rotor do not lead to beats during rotation;

- при сборке необходимо контролировать только расстояние между центрами опор ротора. Упрощение при сборке позволяет обеспечить малый газостатический зазор, существенно повысить жесткость, вязкое сопротивление опор и снизить потребляемый расход газа.- during assembly it is necessary to control only the distance between the centers of the rotor supports. Simplification during assembly makes it possible to provide a small gas-static gap, significantly increase the rigidity and viscous resistance of the supports, and reduce the consumption of gas.

Рассмотрим известные конструкции роторов со сферической и плоской аэростатическими опорами (СПАО).Let us consider the well-known designs of rotors with spherical and flat aerostatic bearings (SPAO).

Известен ротор со СПАО (см. патент US 2868593А, опуб., 1959). В конструкции использована разомкнутая схема ротора, где и плоская опора, и сферическая опора создают силы, поднимающие ротор. Недостатком известной разомкнутой схемы является невозможность существенно повысить несущую способность аэростатических опор, а также жесткость и вязкое сопротивление за счет увеличения давления подачи из-за сильного всплытия ротора. Known rotor with SPAO (see patent US 2868593A, pub., 1959). The design uses an open-loop rotor circuit where both the flat support and the spherical support create forces that lift the rotor. The disadvantage of the known open circuit is the impossibility to significantly increase the bearing capacity of the aerostatic supports, as well as the rigidity and viscous resistance by increasing the supply pressure due to the strong ascent of the rotor.

Известны конструкции роторов с двумя сферическими аэростатическими опорами с возможностью прецизионной юстировки угла наклона оси вращения Уральского оптико-механического завода SU 1810643 A1 и SU 1732039 А1. Known designs of rotors with two spherical aerostatic bearings with the possibility of precision adjustment of the angle of inclination of the rotation axis of the Ural optical-mechanical plant SU 1810643 A1 and SU 1732039 A1.

В изобретении SU 1810643 A1 аэростатическая опора вращения описана как конструкция ротора с двумя сферическими аэростатическими опорами, предусматривающая механическую угловую юстировку оси вращения за счет винто-клиновых устройств. Недостатками этого устройства является малая угловая жесткость из-за того, что центры сфер опор расположены близко друг к другу, невозможность механического регулировки радиального положения ротора, невозможность пневматического регулирования положения оси. In the invention SU 1810643 A1, an aerostatic bearing of rotation is described as a rotor design with two spherical aerostatic bearings, which provides for mechanical angular adjustment of the rotation axis by screw-wedge devices. The disadvantages of this device are low angular rigidity due to the fact that the centers of the support spheres are located close to each other, the impossibility of mechanical adjustment of the radial position of the rotor, the impossibility of pneumatic adjustment of the axis position.

В конструкции SU 1732039 А1 аэростатическая опора скольжения используется юстировка оси наклоном корпуса по пологому сферическому основанию с еще одной аэростатической опорой за счет электромагнитной системы. Недостатки данной системы:In the design of SU 1732039 A1, the aerostatic sliding bearing is used to adjust the axis by tilting the body along a shallow spherical base with another aerostatic bearing due to the electromagnetic system. The disadvantages of this system:

- малая радиальная жесткость из-за того, что неподвижная часть верхней аэростатической сферической опоры закреплена на длинной податливой консоли, а нижняя сферическая аэростатическая опора ротора передает нагрузку последовательно через сферический и дополнительный скользящий цилиндрический подшипник, что также снижает ее жесткость;- low radial rigidity due to the fact that the fixed part of the upper aerostatic spherical bearing is fixed on a long flexible console, and the lower spherical aerostatic bearing of the rotor transfers the load sequentially through the spherical and additional sliding cylindrical bearing, which also reduces its rigidity;

- применение электромагнитной системы требуюет постоянной работы электромагнитных индукторов, приводящих к нагреву и температурным деформациям;- the use of an electromagnetic system requires the constant operation of electromagnetic inductors, leading to heating and thermal deformations;

- сложность изготовления и настройки узла с четырьмя различными парами аэростатических опор.- the complexity of manufacturing and setting up a node with four different pairs of aerostatic supports.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является поворотный стол, содержащий поворотную плиту с наружной рабочей поверхностью, установленную на основании посредством газостатического подшипника, выполненного в виде шипа со сферической опорной поверхностью и втулки с ответной внутренней сферической поверхностью, при этом втулка контактирует с внутренней поверхностью поворотной плиты с возможностью совместного перемещения с ней, втулка имеет дополнительную плоскую опорную поверхность, а в зазоре между взаимодействующими сферическими и плоскими поверхностями образованы газостатические полости, которые сообщены с источником сжатого газа (US4076339A, опуб., 28.02.1978).The closest technical solution to the claimed invention is a rotary table containing a rotary plate with an outer working surface mounted on the base by means of a gas-static bearing made in the form of a spike with a spherical bearing surface and a bushing with a counter inner spherical surface, while the bushing is in contact with the inner surface of the rotary plate with the possibility of joint movement with it, the sleeve has an additional flat support surface, and in the gap between the interacting spherical and flat surfaces, gas-static cavities are formed, which are in communication with a source of compressed gas (US4076339A, pub., 28.02.1978).

Известный поворотный стол с газостатическими опорами обладает свойством самоустановки, которое исключает биения вращающегося тела при вращении от перекоса опорных поверхностей. Известная конструкция имеет недостатки:The well-known turntable with gas-static bearings has the property of self-adjustment, which eliminates the beating of the rotating body during rotation from the skew of the supporting surfaces. The known design has disadvantages:

- отсутствует механическая компенсация биений рабочей поверхности при вращении;- there is no mechanical compensation for the beats of the working surface during rotation;

- невозможна фиксация ротора за счет отключения давления подачи в нескольких группах дросселей, поскольку это бы приводило к значительным контактным давлениям в точке контакта сферических опор. - it is impossible to fix the rotor by turning off the supply pressure in several groups of throttles, since this would lead to significant contact pressures at the point of contact of the spherical bearings.

Технической проблемой является устранение указанных недостатков.The technical problem is to eliminate these shortcomings.

Техническим результатом изобретения является повышение точности обработки за счет юстировки оси вращения в широком диапазоне с высокой точностью, а также устранение биений оси вращения.The technical result of the invention is to increase the accuracy of processing by adjusting the rotation axis in a wide range with high accuracy, as well as eliminating the beating of the rotation axis.

Проблема решается, а технический результат достигается тем, что поворотный стол содержит поворотную плиту с наружной рабочей поверхностью, установленную на основании посредством газостатического подшипника, выполненного в виде шипа со сферической опорной поверхностью и втулки с ответной внутренней сферической поверхностью, при этом втулка контактирует с внутренней поверхностью поворотной плиты с возможностью совместного перемещения с ней, втулка имеет дополнительную плоскую опорную поверхность плоского газостатического подшипника, а в зазоре между взаимодействующими сферическими и плоскими поверхностями газостатических подшипников образованы полости, которые сообщены с источником сжатого газа, при этом, согласно изобретению, контактирующие поверхности сопряжения поворотной плиты и втулки выполнены сферическими, а поворотная плита и втулка контактируют с возможностью относительного перемещения по сферическим поверхностям сопряжения с помощью устройств регулирования положения поворотной плиты относительно втулки и их взаимной фиксации после регулирования, при этом полости газостатических подшипников выполнены в виде отдельных углублений с установленными в них дросселями и объединены, по меньшей мере, в две отдельные группы с независимой подачей сжатого газа через отдельные регулирующие элементы в каждую группу полостей.The problem is solved, and the technical result is achieved in that the turntable contains a turntable with an outer working surface mounted on the base by means of a gas-static bearing made in the form of a spike with a spherical bearing surface and a bushing with a counter inner spherical surface, while the bushing is in contact with the inner surface of the rotary plate with the possibility of joint movement with it, the sleeve has an additional flat supporting surface of the flat gas-static bearing, and in the gap between the interacting spherical and flat surfaces of the gas-static bearings, cavities are formed that are in communication with a source of compressed gas, while, according to the invention, the contact surfaces of the mating rotary plates and bushings are made spherical, and the rotary plate and bushing are in contact with the possibility of relative movement along the spherical mating surfaces using devices for adjusting the position of the rotary plates relative to the bushing and their mutual fixation after adjustment, while the cavities of gas-static bearings are made in the form of separate recesses with throttles installed in them and are combined into at least two separate groups with independent supply of compressed gas through separate control elements to each group of cavities.

Технический результат достигается также тем, что устройство регулирования может быть выполнено в виде кронштейна, соединяемого с втулкой или поворотной плитой, а также регулировочного резьбового элемента, ввернутого в кронштейн и контактирующего с перемещаемым элементом.The technical result is also achieved by the fact that the control device can be made in the form of a bracket connected to a bushing or a rotary plate, as well as an adjusting threaded element screwed into the bracket and in contact with the element to be moved.

Технический результат достигается также тем, что шип может быть связан с основанием посредством подпятника, жестко соединенного с шипом, при этом подпятник взаимодействует с основанием, а взаимодействующие поверхности подпятника и основания выполнены сферическими, подпятник установлен своей сферической поверхностью с возможностью перемещения по ответной сферической поверхности основания и последующей его фиксации на сферической поверхности основания а плоская поверхность газостатического подшипника, взаимодействующая с ответной плоской поверхностью втулки, расположена на поверхности подпятника.The technical result is also achieved by the fact that the spike can be connected to the base by means of a thrust bearing rigidly connected to the spike, while the thrust bearing interacts with the base, and the interacting surfaces of the thrust bearing and the base are made spherical, the thrust bearing is installed with its spherical surface with the ability to move along the mating spherical surface of the base and its subsequent fixation on the spherical surface of the base, and the flat surface of the gas-static bearing interacting with the mating flat surface of the bushing is located on the surface of the thrust bearing.

Изобретение поясняется при помощи чертежей.The invention is illustrated with the help of drawings.

На фиг. 1 показан изометрический вид сборки примера реализации поворотного стола с выборками деталей, показывающими внутренние каналы и отверстия, и отмечены места подключения двух пневматических пневмолиний С1 и П2;In FIG. 1 shows an isometric view of the assembly of an example implementation of a turntable with selections of parts showing internal channels and holes, and marked the connection points of two pneumatic lines C1 and P2;

На фиг. 2 показан вид сверху сборки с вырезами, открывающими внутренние каналы и отверстия; отмечены места подключения пневматических линий питания газостатических опор С1…С4, П1…П4.In FIG. 2 shows a top view of the assembly with cutouts to expose internal channels and openings; points of connection of pneumatic supply lines of gas-static supports С1…С4, П1…П4 are marked.

На фиг. 3 показано осевое ломанное сечение А-А на фиг. 2. In FIG. 3 shows an axial broken section A-A in FIG. 2.

На фиг. 4 показана половина сечения Б-Б на фиг. 2.In FIG. 4 shows half of the B-B section in FIG. 2.

На фиг. 5 представлено ломанное сечение В-В на фиг. 2.In FIG. 5 shows the broken section B-B in FIG. 2.

На фиг. 6 показан вид на поверхность основания. In FIG. 6 shows a view of the surface of the base.

На фиг. 8 показана пневматическая схема подачи газа к поворотному столу. In FIG. 8 shows the pneumatic circuit for supplying gas to the turntable.

На фиг. 9 приведена упрощенная схема пневматического регулирования.In FIG. 9 shows a simplified diagram of pneumatic control.

На фиг. 10 приведена схема компенсации биений рабочей поверхности при вращении.In FIG. 10 shows a scheme for compensating for the beating of the working surface during rotation.

На фиг. 11 приведена схема механической юстировки оси вращения.In FIG. 11 shows a diagram of the mechanical adjustment of the rotation axis.

На фиг. 12 приведен пример применения поворотного стола в станке, предназначенном для ультрапрецизионного шлифования сферических деталей.In FIG. 12 shows an example of using a rotary table in a machine designed for ultra-precision grinding of spherical parts.

При описании конструкции заявленного изобретения используются следующие позиции и обозначения:When describing the design of the claimed invention, the following positions and designations are used:

1 - газостатический шип;1 - gas static spike;

2 - газостатический подпятник;2 - gas static thrust bearing;

3 - поворотная плита;3 - rotary plate;

4 - основание;4 - base;

5 - сферическая втулка;5 - spherical sleeve;

6 - крышка нижняя;6 - bottom cover;

7 - станина;7 - bed;

8 - индикаторная стойка с датчиком; 8 - indicator stand with a sensor;

9 - кронштейны регулировочных винтов ;9 - brackets for adjusting screws;

10 - регулировочные винты;10 - adjusting screws;

11 - противовес;11 - counterweight;

12 - поверочная плита;12 - calibration plate;

13 - рабочая поверхность поворотного стола; 13 - working surface of the turntable;

14 - сквозное радиальное дренажное отверстие в основании ;14 - through radial drainage hole in the base;

15 - сквозное вертикальное дренажное отверстие в аэростатическом подпятнике 2 для отвода воздуха от дренажной фаски;15 - through vertical drainage hole in the aerostatic thrust bearing 2 to remove air from the drainage chamfer;

16 - дренажная фаска в газостатическом шипе;16 - drainage chamfer in the gas-static spike;

17 - дренажная проточка в газостатической подпятнике;17 - drainage groove in the gas-static thrust bearing;

18 - дренажный канал в газостатическом подпятнике для отвода воздуха от дренажной проточки;18 - drainage channel in the gas static thrust bearing to remove air from the drainage groove;

19 - 4 канала для подачи газа к распределительным карманам;19 - 4 channels for gas supply to distribution pockets;

20 - распределительные карманы сферической опоры;20 - distribution pockets of the spherical support;

21 - каналы для подвода газа к дросселям сферической опоры;21 - channels for supplying gas to the throttles of the spherical support;

22 - углубления (полости) для установки дросселей сферической опоры;22 - recesses (cavities) for installing chokes of a spherical support;

23 - канавки для резиновых уплотнений распределительных полостей;23 - grooves for rubber seals of distribution cavities;

24 - 4 канала для подачи газа к распределительным карманам;24 - 4 channels for gas supply to distribution pockets;

25 - распределительные карманы плоской опоры;25 - distribution pockets of a flat support;

26- углубления (полости) для установки дросселей плоской опоры;26- recesses (cavities) for installing flat support chokes;

27 - канавки для резиновых уплотнений распределительных полостей;27 - grooves for rubber seals of distribution cavities;

28 - отверстие для подачи воздуха в отсечную канавку;28 - hole for air supply to the cut-off groove;

29 - отсечная канавка;29 - cut-off groove;

30 - источник сжатого газа;30 - source of compressed gas;

31 - входной регулятор давления;31 - inlet pressure regulator;

32 - регулятор давления в одну из групп дросселей;32 - pressure regulator in one of the throttle groups;

33 - регулируемый дроссель;33 - adjustable throttle;

34 - манометр;34 - pressure gauge;

35 - сквозной паз для вывода кабелей электродвигателя;35 - through groove for the output of motor cables;

36 - станина;36 - bed;

37 - шпиндельный узел изделия;37 - spindle assembly of the product;

38 - оправка детали;38 - part mandrel;

39 - деталь с выпуклой сферической поверхностью;39 - detail with a convex spherical surface;

40 - поворотный стол;40 - turntable;

41 - направляющая линейной подачи на врезание;41 - linear infeed guide;

42 - каретка линейных перемещений для подачи на врезание;42 - carriage of linear movements for infeed;

43 - противовес;43 - counterweight;

44 - шлифовальный шпиндельный узел;44 - grinding spindle unit;

45 - оправка шлифовального круга;45 - mandrel of the grinding wheel;

46 - шлифовальный круг;46 - grinding wheel;

47 - винты крепления газостатического шипа и газостатического подпятника и отверстия для их установки;47 - screws for fastening the gas-static spike and gas-static thrust bearing and holes for their installation;

48 - комплект крепежа для соединения газостатического подпятника и основания: винты, шайбы сферические, шайбы конические;48 - set of fasteners for connecting the gas static thrust bearing and the base: screws, spherical washers, conical washers;

49 - отверстия для винтов крепления вала привода к плите;49 - holes for screws securing the drive shaft to the plate;

50 - комплект крепежа для соединения поворотной плиты и втулки: винты, шайбы сферические, шайбы конические;50 - a set of fasteners for connecting the rotary plate and the bushing: screws, spherical washers, conical washers;

51 - отверстия для винтов крепления основания к станине;51 - holes for screws securing the base to the frame;

52 - сферический стык газостатического подпятника и основания для юстировки оси вращении;52 - spherical joint of the gas-static thrust bearing and the base for adjusting the axis of rotation;

53 - сферический стык поворотной плиты и втулки для регулировки биения рабочей поверхности при вращении;53 - spherical joint of the rotary plate and the sleeve for adjusting the runout of the working surface during rotation;

54 - опорный фланец основания;54 - base flange;

55 - плоская опорная поверхность газостатического подшипника втулки 5;55 - flat bearing surface of the gas-static bearing of the sleeve 5;

56 - внутренняя поверхность поворотной плиты;56 - the inner surface of the rotary plate;

R - номинальный радиус сферических газостатических опор;R - nominal radius of spherical gas-static bearings;

R₅₂ - радиус сопрягаемых сферических поверхностей, предназначенный для компенсации биений оси вращения;R ₅₂ - the radius of the mating spherical surfaces, designed to compensate for the beating of the axis of rotation;

R₅₃ - радиус сопрягаемых сферических поверхностей, предназначенный для выставления оси вращения;R ₅₃ - the radius of the mating spherical surfaces, designed to set the axis of rotation;

X, Y, Z - система координат поворотного стола, начало координат -центр сферической опорной поверхности втулки, Z - ось вращения ротора, перпендикулярная плоской опорной поверхности втулки. X, Y, Z - coordinate system of the turntable, the origin of coordinates is the center of the spherical bearing surface of the bushing, Z is the axis of rotation of the rotor perpendicular to the flat bearing surface of the bushing.

Z₁ - ось вращения шлифовального шпинделя (фиг. 12);Z ₁ - axis of rotation of the grinding spindle (Fig. 12);

Z₂ - ось вращения инструментального шпинделя (фиг. 12);Z ₂ - axis of rotation of the tool spindle (Fig. 12);

S - подача на врезание, обеспечиваемая кареткой на линейных направляющих (фиг. 12);S - infeed provided by a carriage on linear guides (Fig. 12);

С1…С4 - подводы сжатого газа к группам дросселей сферической газостатической опорыС1…С4 - compressed gas supply to the throttle groups of the spherical gas-static support

П1…П4 - подводы сжатого газа к группам дросселей плоской газостатической опорыP1…P4 - compressed gas supply to the throttle groups of the flat gas-static support

Ось ротора - ось, проходящая через центр сферической опорной поверхности ротора перпендикулярно плоской опорной поверхности ротора.Rotor axis - an axis passing through the center of the spherical bearing surface of the rotor perpendicular to the flat bearing surface of the rotor.

Перекос оси ротора - поворот оси вокруг осей X,Y.Misalignment of the rotor axis - rotation of the axis around the X, Y axes.

Радиальное перемещение оси шпинделя - поступательные смещения оси шпинделя вдоль осей X, Y (Фиг. 6).Radial displacement of the spindle axis - translational displacement of the spindle axis along the X, Y axes (Fig. 6).

Осевое смещение оси шпинделя - поступательные смещения шпинделя вдоль оси Z.Axial displacement of the spindle axis - translational displacements of the spindle along the Z axis.

Центр жесткости твердого тела на упругих опорах - точка, при приложении усилия в которой, тело смещается поступательно [см. раздел 6. Вибрации в технике. Т. 1. Справочник под ред. В.В. Болотина М. Машиностроение 1978 г. 353 с.]The center of rigidity of a rigid body on elastic supports is a point at which, when a force is applied, the body moves translationally [see Fig. section 6. Vibrations in engineering. T. 1. Handbook, ed. V.V. Bolotina M. Engineering 1978 353 p.]

Описываемый поворотный стол содержит поворотную плиту 3 с наружной рабочей поверхностью 13, установленную на основании 4 посредством газостатического подшипника, выполненного в виде газостатического шипа 1 со сферической опорной поверхностью и втулки 5 с ответной внутренней сферической поверхностью. Втулка 5 контактирует с внутренней поверхностью 56 поворотной плиты 3 с возможностью совместного перемещения с ней. Втулка 5 имеет дополнительную плоскую опорную поверхность 55 плоского газостатического подшипника, а в зазоре между взаимодействующими сферическими и плоскими газостатическими поверхностями образованы полости (карманы, углубления) 22 и 26 газостатических подшипников, которые сообщены с источником сжатого газа от источников газа С2 и П4. К углублениям (карманам) 22 сферической опорной поверхности газ подается от источника С2 посредством газовых каналов 19 и 21, а к карманам 26 плоской опорной газостатической поверхности газ подается от источника П4. При этом углубления 22 и 26 выполнены отдельными с установленными в них дросселями 33 и объединены, по меньшей мере, в две отдельные группы с независимой подачей сжатого газа через отдельные регулирующие элементы в каждую группу полостей. В качестве газа может быть использован воздух.The described rotary table contains a rotary plate 3 with an outer working surface 13 mounted on the base 4 by means of a gas-static bearing made in the form of a gas-static spike 1 with a spherical bearing surface and a bushing 5 with a counter inner spherical surface. The sleeve 5 is in contact with the inner surface 56 of the rotary plate 3 with the possibility of joint movement with it. The bushing 5 has an additional flat support surface 55 of a flat gas-static bearing, and in the gap between the interacting spherical and flat gas-static surfaces, cavities (pockets, recesses) 22 and 26 of gas-static bearings are formed, which communicate with a source of compressed gas from gas sources C2 and P4. To the recesses (pockets) 22 of the spherical support surface, the gas is supplied from the source C2 through the gas channels 19 and 21, and to the pockets 26 of the flat gas-static support surface, the gas is supplied from the source P4. In this case, the recesses 22 and 26 are made separate with throttles 33 installed in them and combined into at least two separate groups with independent supply of compressed gas through separate control elements to each group of cavities. Air can be used as the gas.

Контактирующие поверхности сопряжения поворотной плиты 3 и втулки 5 выполнены сферическими с радиусом R₅₃, а поворотная плита 3 и втулка 5 контактируют с возможностью относительного перемещения по сферическим поверхностям 53 сопряжения (стыка) с помощью устройств регулирования положения поворотной плиты 3 относительно втулки 5 и их взаимной фиксации после регулирования. The contact mating surfaces of the rotary plate 3 and the sleeve 5 are made spherical with a radius R ₅₃ , and the rotary plate 3 and the sleeve 5 are in contact with the possibility of relative movement along the spherical surfaces 53 of the mating (joint) using devices for regulating the position of the rotary plate 3 relative to the sleeve 5 and their mutual fixation after adjustment.

Устройство регулирования может быть выполнено в виде кронштейна 9, соединяемого с втулкой 5 или поворотной плитой 3, а также регулировочного резьбового элемента (винта) 10, ввернутого в кронштейн 9 и контактирующего с перемещаемым элементом: плитой 3 или втулки 5.The control device can be made in the form of a bracket 9 connected to a sleeve 5 or a rotary plate 3, as well as an adjusting threaded element (screw) 10 screwed into the bracket 9 and in contact with a moving element: a plate 3 or a sleeve 5.

Шип 1 может быть связан с основанием 4 посредством газостатического подпятника 2, жестко соединенного с шипом 1. При этом взаимодействующие поверхности подпятника 2 и основания 4 выполнены сферическими с радиусом R₅₂. Подпятник 2 установлен своей сферической поверхностью 52 с возможностью перемещения по ответной сферической поверхности основания 4 и последующей его фиксации на указанной сферической поверхности основания 4. Причем плоская опорная поверхность 55 втулки 5 взаимодействует с ответной плоской газостатической поверхностью подпятника 2, а газостатические карманы 26 с дросселями выполнены в подпятнике 2.The spike 1 can be connected to the base 4 by means of a gas-static thrust bearing 2 rigidly connected to the spike 1. In this case, the interacting surfaces of the thrust bearing 2 and the base 4 are made spherical with a radius R ₅₂ . The thrust bearing 2 is installed with its spherical surface 52 with the possibility of moving along the reciprocal spherical surface of the base 4 and its subsequent fixation on the specified spherical surface of the base 4. Moreover, the flat bearing surface 55 of the sleeve 5 interacts with the reciprocal flat gas-static surface of the thrust bearing 2, and the gas-static pockets 26 with chokes are made in the heel 2.

Пример реализации поворотного стола поясняют фиг. 1-12, на которых толщина смазочного газового слоя между опорными поверхностями и мелкие отверстия показаны утрированно большими.An example of the implementation of the turntable is illustrated in Fig. 1-12, in which the thickness of the lubricating gas layer between the bearing surfaces and the small holes are shown exaggeratedly large.

Поворотный стол имеет вращающуюся часть (ротор) и неподвижную часть (корпус). Вращающаяся часть состоит из поворотной плиты 3 и втулки 5. Детали вращающейся части сопрягаются по сферическому стыку 52 для устранения биения рабочей поверхности поворотной плиты 3 и стягиваются винтами 50 со сферическими и коническими шайбами. Сферические шайбы уменьшают изгибающий момент от взаимного перекоса поворотной плиты 3 и втулки 5. В качестве рабочей поверхности поворотного стола обычно используется верхняя плоскость поворотной плиты 3, к которой крепятся вращаемые детали или приспособления с помощью не показанных на фигурах резьбовых отверстий, Т-образных пазов или другим способом.The turntable has a rotating part (rotor) and a fixed part (body). The rotating part consists of a rotary plate 3 and a bushing 5. The parts of the rotating part are mated along a spherical joint 52 to eliminate the beating of the working surface of the rotary plate 3 and are tightened with screws 50 with spherical and conical washers. Spherical washers reduce the bending moment from the mutual misalignment of the turntable 3 and the bushing 5. As the working surface of the turntable, the upper plane of the turntable 3 is usually used, to which the rotating parts or devices are attached using threaded holes not shown in the figures, T-slots or another way.

Неподвижная часть образована газостатическим шипом 1, газостатическим подпятником 2, основанием 4 и нижней крышкой 6. Газостатический шип 1 стянут с газостатическим подпятником 2 винтами 47 по плоскому стыку, в пределах которого имеются 4 круговых распределительных кармана 20 и 4 канавки 23 для герметизирующих резиновых кольцевых уплотнений. Газостатический подпятник 2 соединен с основанием 4 по сферическому стыку 52 с помощью винтов 48 со сферическими и коническим шайбами (фиг. 5), что позволяет выровнять угол положения оси вращения поворотной плиты 3. Нижняя крышка 6 может крепиться за счет посадки с натягом, не показанных винтов или другим способом. Поворотный стол фиксируется на станине 7 за счет крепления к ней основания 4 винтами 51.The fixed part is formed by a gas-static spike 1, a gas-static thrust bearing 2, a base 4 and a bottom cover 6. The gas-static spike 1 is pulled together with a gas-static thrust bearing by 2 screws 47 along a flat joint, within which there are 4 circular distribution pockets 20 and 4 grooves 23 for sealing rubber ring seals . The gas-static thrust bearing 2 is connected to the base 4 along the spherical joint 52 using screws 48 with spherical and conical washers (Fig. 5), which makes it possible to align the position angle of the axis of rotation of the rotary plate 3. The bottom cover 6 can be fastened by interference fit, not shown screws or otherwise. The turntable is fixed on the frame 7 by attaching the base to it with 4 screws 51.

Вращающиеся части 3 и 5 поворотного стола имеют плоскую и сферическую опорные поверхности, отделенные тонким зазором h от плоской и сферической опорных поверхностей неподвижной части. В зазор подается сжатый газ через дроссели того или иного типа, установленных в полости 22 и 26 через каналы от распределительных карманов 20 и 25, к которым газ подводится через отверстия каналов 19 и 24 и штуцеры от источников С1…С4 и П1…П4. Для повышения несущей способности и жесткости на опорных поверхностях в окрестности дросселей могут быть выполнены распределительные канавки или микроуглубления, не показанные на схемах. Предпочтительным способом изоляции распределительных карманов является установка резиновых кольцевых уплотнений в проточки 23 и 27. The rotating parts 3 and 5 of the turntable have flat and spherical bearing surfaces separated by a thin gap h from the flat and spherical bearing surfaces of the fixed part. Compressed gas is supplied to the gap through throttles of one type or another installed in the cavity 22 and 26 through channels from distribution pockets 20 and 25, to which gas is supplied through the openings of channels 19 and 24 and fittings from sources C1 ... C4 and P1 ... P4. To increase the bearing capacity and rigidity on the supporting surfaces in the vicinity of the throttles, distribution grooves or micro-depressions, not shown in the diagrams, can be made. The preferred way to isolate distribution pockets is to install rubber O-rings in grooves 23 and 27.

От опорных поверхностей газ отводится через большие зазоры и отверстия при незначительном избыточном давлении по дренажным фаскам 16 и отверстиям 15, а также кольцевой проточки 17 и канал 18. Из внутренней полости поворотного стола сжатый газ может отводиться через имеющиеся щели или через специальное отверстие 14.From the supporting surfaces, the gas is removed through large gaps and holes at a slight excess pressure along the drainage chamfers 16 and holes 15, as well as the annular groove 17 and the channel 18. Compressed gas can be removed from the internal cavity of the turntable through the existing slots or through a special hole 14.

Предпочтительным является исполнение поворотного стола с газовым замком за счет канавки 29 и канала с отверстием 28. Газовый замок может быть использован для следующих целей:The preferred version of the turntable is with a gas lock due to the groove 29 and the channel with a hole 28. The gas lock can be used for the following purposes:

- подача вакуума при использовании поворотного стола в вакуумной среде (в этом случае может быть установлено несколько последовательных газовых замков с подачей вакуума различной глубины);- vacuum supply when using a rotary table in a vacuum environment (in this case, several consecutive gas locks can be installed with vacuum supply of different depths);

- подача избыточного давления со значительным расходом для выдувания из зазора стружки и СОЖ при использовании в станке;- supply of excess pressure with a significant flow rate for blowing chips and coolant out of the gap when used in the machine;

- подача воздуха с избыточным давлением для предотвращения утечки отличного от воздуха газа, подаваемого в газостатические опоры. - pressurized air supply to prevent leakage of non-air gas supplied to the gas-static bearings.

Предпочтительным путем осуществления вращения поворотного стола является установка электродвигателя внутрь поворотного стола, но могут быть использованы и другие способы: турбины, ременные передачи т.п. Для контроля положения и скорости поворотный стол обычно использует встроенный датчик угла поворота и/или скорости. Встроенный электродвигатель и датчик вращения могут быть установлены на непоказанном валу, прикреплённом к поворотной плите 3 за счет отверстий 49. The preferred way to rotate the turntable is to install an electric motor inside the turntable, but other methods can be used: turbines, belt drives, etc. The turntable usually uses an integrated angle and/or speed sensor to monitor position and speed. The built-in electric motor and rotation sensor can be mounted on a shaft, not shown, attached to the turntable 3 through holes 49.

Описанные конструктивные решения приведены для примера и не сужают общности патентной заявки. В защищаемой конструкции может быть изменено:The described design solutions are given by way of example and do not limit the generality of the patent application. In the protected structure, the following can be changed:

- количество рядов отверстий для установки дросселей;- the number of rows of holes for installing chokes;

- форма отверстий для установки дросселей; - the shape of the holes for installing throttles;

- количество и расположение отверстий для установки дросселей в каждом ряду, - the number and location of holes for installing throttles in each row,

- количество независимо питаемых групп дросселей (но не менее 2), - the number of independently fed throttle groups (but not less than 2),

- количество, расположение и способ герметизации распределительных карманов 20 и 25 (например, они могут быть сформированы внутри деталей за счет 3-D печати);- the number, location and method of sealing the distribution pockets 20 and 25 (for example, they can be formed inside parts by 3-D printing);

- количество и расположение регулирующих винтов,- the number and location of the adjusting screws,

- количество и расположение крепежных винтов (в т.ч. замена их на крепежные элементы другого типа);- number and location of fixing screws (including replacing them with fasteners of a different type);

- расположение каналов для отвода сжатого газа,- arrangement of channels for the removal of compressed gas,

- наличие и конструкция газового замка.- the presence and design of the gas lock.

- форма и расположение исполнительной рабочей поверхности 13 поворотной плиты 3, предназначенной для базирования вращаемых деталей или конструкций.- the shape and location of the executive working surface 13 of the rotary plate 3, designed for locating rotating parts or structures.

Принципиальным отличием ротора с плоской и сферической газостатической опорами является то, что центр жесткости ротора, лежащий в центре сферической опоры (фиг. 10) может быть вынесен максимально близко к зоне обработки, что позволяет минимизировать влияние упругого перекашивания оси ротора при действии технологических усилий. За счет этого снижаются упругие отжимы и повышается точность обработки. The fundamental difference between a rotor with flat and spherical gas-static bearings is that the center of rotor rigidity, which lies in the center of the spherical bearing (Fig. 10), can be moved as close as possible to the processing zone, which minimizes the effect of elastic distortion of the rotor axis under the action of technological forces. Due to this, elastic wrings are reduced and the processing accuracy is increased.

Также может быть конструкция обращена, когда прикрепляются к неподвижной станине 7 охватывающие детали (поворотная плита 3 и втулка 5), а вращаются охватываемые детали (газостатический шип 1 и газостатический подпятник 2). В этом случае желательно перенести каналы для подачи сжатого воздуха в неподвижные части.The structure can also be reversed when the female parts (swivel plate 3 and sleeve 5) are attached to the fixed frame 7, and the male parts rotate (gasostatic spike 1 and gasostatic thrust bearing 2). In this case, it is desirable to move the channels for supplying compressed air to the fixed parts.

Механическое регулирование биений оси осуществляется следующим образом.The mechanical regulation of the beats of the axis is carried out as follows.

При подаче сжатого газа ротор (плита 3 и втулка 5) всплывает и поддерживается газостатическим смазочным слоем и, теоретически, должен вращаться вокруг оси Z, проходящей через центр сферической опорной поверхности корпуса перпендикулярно плоской поверхности аэростатической опоры корпуса. Однако рабочая поверхность 13 при вращении будет совершать биения. Причинами тому могут быть: неравномерности наддува через отдельные дроссели при наличии отклонений формы опор, а также погрешности расположения рабочей поверхности 13 относительно оси вращения ротора.When compressed gas is supplied, the rotor (plate 3 and bushing 5) floats up and is supported by a gas-static lubricating layer and, theoretically, should rotate around the Z axis passing through the center of the spherical bearing surface of the housing perpendicular to the flat surface of the aerostatic support of the housing. However, the working surface 13 will beat during rotation. The reasons for this may be: non-uniformity of boost through individual throttles in the presence of deviations in the shape of the supports, as well as errors in the location of the working surface 13 relative to the axis of rotation of the rotor.

Величина биений рабочей поверхности 13 может быть проконтролирована с помощью датчика перемещений и индикаторной стойки 8 (фиг. 10) или на основании стандартных методик измерения биений узлов вращения (например, ASME B89.3.4), или другим способом. При этом точность измерения определяется, прежде всего, точностью средств измерения и может быть от ~1 мкм с механическими микрометрами до ~1 нм c лазерными интерферометрами.The value of the beats of the working surface 13 can be controlled using a displacement sensor and an indicator stand 8 (Fig. 10) or based on standard methods for measuring the beats of rotation nodes (for example, ASME B89.3.4), or in another way. In this case, the measurement accuracy is determined, first of all, by the accuracy of the measuring instruments and can be from ~1 μm with mechanical micrometers to ~1 nm with laser interferometers.

Для уменьшения биений рабочей поверхности 13 при вращении в разработанной конструкции выполняют следующие действия:To reduce the beats of the working surface 13 during rotation in the developed design, the following actions are performed:

- к газостатической втулке 5 прикрепляют кронштейны 9 с регулировочными винтами 10 (предпочтительно с мелким шагом резьбы),- brackets 9 with adjusting screws 10 (preferably with a fine thread pitch) are attached to the gas-static sleeve 5,

- ослабляют затяжку винтов 50,- loosen screws 50,

- вращением регулировочных винтов 10 смещают поворотную плиту 3 по сферическому стыку 53 относительно втулки 5, что сопровождается дополнительным поворотом рабочей поверхности 13, компенсирующим ее биения.- by rotating the adjusting screws 10, the rotary plate 3 is displaced along the spherical joint 53 relative to the sleeve 5, which is accompanied by an additional rotation of the working surface 13, which compensates for its beats.

Регулирование положения оси осуществляют следующим образом.The regulation of the position of the axis is carried out as follows.

Для прецизионных поворотных столов важно не только минимизация уровня биений рабочей поверхности 13 при вращении, но и возможность прецизионной юстировки оси вращения. В патентуемой конструкции поворотного стола для этого предусмотрено два уровня юстировки, механическая и пневматическая.For precision rotary tables, it is important not only to minimize the level of beating of the working surface 13 during rotation, but also the possibility of precision adjustment of the rotation axis. In the patented design of the turntable, two levels of adjustment are provided for this, mechanical and pneumatic.

Механическая юстировка оси вращения осуществляется следующим образом.Mechanical adjustment of the rotation axis is carried out as follows.

Механическая юстировки оси вращения, требует ослабления винтов 48, соединяющих части корпуса по сферическому стыку 52. Доступ к винтам 48 возможен снизу через сквозные отверстия в станине 7 или при перевороте поворотного стола и установке его рабочей поверхностью 13 на плоскую поверхность, например, на поверочную плиту 12 (фиг. 11). Mechanical adjustment of the axis of rotation requires loosening the screws 48 connecting the body parts along the spherical joint 52. Access to the screws 48 is possible from below through through holes in the frame 7 or when the turntable is turned over and its working surface 13 is installed on a flat surface, for example, on a calibration plate 12 (FIG. 11).

При конфигурации стола, приведенной в качестве примера и при отсутствии доступа к винтам 48 снизу через отверстия в станине 7, механическая юстировка оси вращения может быть осуществлена следующим образом:With the table configuration given as an example and in the absence of access to the screws 48 from below through the holes in the frame 7, the mechanical adjustment of the rotation axis can be carried out as follows:

- вывинчиваются винты 51;- screws 51 are unscrewed;

- поворотный стол отсоединяется от станины 7;- the rotary table is disconnected from the frame 7;

- поворотный стол переворачивается и устанавливается на плоскую поверхность станины 7 или поверочной плиты 12 (фиг. 11);- the turntable is turned over and installed on a flat surface of the frame 7 or the calibration plate 12 (Fig. 11);

- ослабляются винты 48 (фиг. 5);- screws 48 are loosened (Fig. 5);

- на опорный фланец 54 основания 4 устанавливается индикаторная стойка 8 с датчиком;- an indicator rack 8 with a sensor is installed on the support flange 54 of the base 4;

- при значительном весе стойки с датчиком 8 с противоположенной стороны может быть установлен противовес 11;- with a significant weight of the rack with the sensor 8, a counterweight 11 can be installed on the opposite side;

- устанавливают кронштейны 9 с регулировочными винтами 10;- install brackets 9 with adjusting screws 10;

- включается подача сжатого газа к опорам;- the supply of compressed gas to the supports is switched on;

- осуществляется вращение корпуса и измерение биений датчиком перемещений 8 относительно базовой поверхности станины 7 или поверочной плиты;- the housing is rotated and the beats are measured by the displacement sensor 8 relative to the base surface of the bed 7 or the calibration plate;

- компенсация неперпендикулярности осуществляется регулировочными винтами 10, установленными в кронштейны 9;- compensation for non-perpendicularity is carried out by adjusting screws 10 installed in brackets 9;

- затягиваются винты 48- screws 48 are tightened

- проверяются уровень изменения показаний датчика при вращении корпуса;- the level of change in the sensor readings during the rotation of the body is checked;

- поворотный стол устанавливается на место;- the rotary table is installed in place;

- поворотный стол фиксируется на месте винтами 51.- the turntable is fixed in place with screws 51.

В результате механического регулирования оси вращения достигается перпендикулярность оси вращения и нижнего установочного (опорного) фланца 54 поворотного стола.As a result of mechanical adjustment of the axis of rotation, the perpendicularity of the axis of rotation and the lower mounting (support) flange 54 of the turntable is achieved.

При возможности доступа к винтам 48 снизу, например, через отверстия в станине 7, механическая юстировка оси возможна в рабочем состоянии без переворота.If the screws 48 can be accessed from below, for example, through the holes in the frame 7, mechanical adjustment of the axis is possible in working condition without overturning.

Пневматическая юстировка оси вращения осуществляется следующим образом.Pneumatic adjustment of the axis of rotation is carried out as follows.

Пневматическая юстировка оси вращения ротора осуществляется за счет изменения условий подачи в каналах питания отдельных групп дросселей газостатических опор. Изменение условия подачи может осуществлять за счет изменения давления подачи или изменения дополнительных сопротивлений.Pneumatic adjustment of the rotor rotation axis is carried out by changing the supply conditions in the feed channels of individual groups of throttles of gas-static supports. Changing the supply conditions can be carried out by changing the supply pressure or changing additional resistances.

Уменьшение давления или увеличение дополнительного сопротивления в канале, питающем один из распределительных карманов (20, 25) будет уменьшать силу, отталкивающую ротор от сегмента опоры, прилегающего к дросселям питающихся через этот карман. Увеличение давления или уменьшение дополнительного сопротивления будет приводить к обратному эффекту. Поскольку в первом приближении отдельные сегменты газостатических опор ведут себя подобно пружинам, то изменение отжимающих сил в отдельных сегментах будет приводить к смещению оси ротора (плиты 3 и втулки 5). Изменение давления (или сопротивления) в каналах питания может осуществляться вручную или с помощью автоматизированных систем, например, с помощью системы ЧПУ станка. Автоматизированное изменение возможно в процессе обработки, между технологическими операциями или после обработки, например, для отвода инструмента после обработки или компенсации погрешности изготовления.Reducing pressure or increasing additional resistance in the channel feeding one of the distribution pockets (20, 25) will reduce the force repelling the rotor from the support segment adjacent to the chokes fed through this pocket. An increase in pressure or a decrease in additional resistance will have the opposite effect. Since, in the first approximation, individual segments of gas-static bearings behave like springs, a change in the pressing forces in individual segments will lead to a displacement of the rotor axis (plates 3 and bushings 5). Changing the pressure (or resistance) in the feed channels can be done manually or using automated systems, for example, using the CNC machine tool. Automated change is possible during machining, between manufacturing steps or after machining, for example to retract the tool after machining or to compensate for manufacturing errors.

Два варианта пневматических схем для подключения групп дросселей плоской и сферической газостатических опор изображены на фиг. 8 и 9.Two variants of pneumatic circuits for connecting groups of chokes of flat and spherical gas static bearings are shown in Fig. 8 and 9.

Пневматическая схема, изображенная на рисунке 8, позволяет реализовать произвольную комбинацию смещений оси ротора и осуществить фиксацию ротора от поворота за счет независимого изменения давления в восьми независимых группах дросселей.The pneumatic circuit shown in Figure 8 allows to implement an arbitrary combination of displacements of the rotor axis and to fix the rotor from turning due to an independent change in pressure in eight independent groups of throttles.

Для смещения ротора вверх можно увеличить давление подачи по линиям П1…П4 или уменьшить давление подачи по линиям С1…С4, (см. фиг. 2).To move the rotor up, you can increase the supply pressure along lines P1 ... P4 or reduce the supply pressure along lines C1 ... C4 (see Fig. 2).

Для смещения ротора вдоль оси Х достаточно увеличить давления, подаваемые по линиям П3, С3, или снизить давления, подаваемые по линиям П1, С1.To shift the rotor along the X axis, it is enough to increase the pressure supplied through the lines P3, C3, or reduce the pressure supplied through the lines P1, C1.

Для смещения ротора вдоль оси Y достаточно увеличить давления, подаваемые по линиям П4, С4, или снизить давления, подаваемые по линиям П2, С2.To shift the rotor along the Y axis, it is enough to increase the pressure supplied through the lines P4, C4, or reduce the pressure supplied through the lines P2, C2.

Для поворота ротора вокруг оси Х достаточно увеличить давление, подаваемое по линии П2, и снизить давление, подаваемое по линии П4.To rotate the rotor around the X axis, it is enough to increase the pressure supplied through the P2 line and reduce the pressure supplied through the P4 line.

Для поворота ротора вокруг оси Y достаточно увеличить давление, подаваемое по линии П3, и снизить давление, подаваемое по линии П1.To rotate the rotor around the Y axis, it is enough to increase the pressure supplied through the P3 line and reduce the pressure supplied through the P1 line.

Для фиксации ротора от поворота сбрасывают до нуля давление подачи в группы П1…П4, в результате ротор прижимается к плоской опорной поверхности корпуса и фиксируется силами трения.To fix the rotor from turning, the supply pressure to groups P1 ... P4 is reduced to zero, as a result, the rotor is pressed against the flat supporting surface of the housing and is fixed by friction forces.

На фиг. 9 приведена упрощенная схема пневматического регулирования, позволяющая смещать ротор в плоскости YZ (см. фиг. 2) за счет регулирования дополнительных регулиреемых дросселей 33.In FIG. Fig. 9 shows a simplified diagram of pneumatic control, which allows the rotor to be displaced in the YZ plane (see Fig. 2) by adjusting additional adjustable throttles 33.

Для смещения ротора вдоль оси Z достаточно уменьшить сопротивление регулирующих дросселей 33 для повышения давлений, подаваемых по линиям П1 и П3.To shift the rotor along the Z axis, it is enough to reduce the resistance of the control throttles 33 to increase the pressures supplied through the lines P1 and P3.

Для смещения ротора вдоль оси Y достаточно уменьшить сопротивление регулирующих дросселей 33 для повышения давлений, подаваемых по линиям П4, С4.To shift the rotor along the Y axis, it is enough to reduce the resistance of the control throttles 33 to increase the pressures supplied through the lines P4, C4.

Для поворота ротора вокруг оси Х достаточно снизить сопротивление дросселя 33 в линии П2, и повысить сопротивление дросселя 33 в линии П4.To turn the rotor around the X axis, it is enough to reduce the resistance of the throttle 33 in the P2 line, and increase the resistance of the throttle 33 in the P4 line.

Взаимосвязь смещений ротора и давлений подачи в отдельные группы может быть определена экспериментально или на основании расчетов.The relationship between rotor displacements and supply pressures to individual groups can be determined experimentally or on the basis of calculations.

Необходимо отметить принципиальные отличия пневматического регулирования положением ротора от активных и адаптивных газостатических опор со специально изготавливаемыми встроенными дросселями расходные характеристики меняются автоматически за счет деформации упругих элементов или меняются за счет использования систем управления:It is necessary to note the fundamental differences between pneumatic control by the position of the rotor from active and adaptive gas-static bearings with specially manufactured built-in throttles; flow characteristics change automatically due to deformation of elastic elements or change through the use of control systems:

- пневматическое регулирование может быть реализовано за счет типовых промышленных регуляторов давления или типовых регулируемых дросселей;- pneumatic control can be implemented using standard industrial pressure regulators or standard adjustable throttles;

- при использовании встраиваемых активных или адаптивных дросселей требуется изготовления и настройки большого количества дросселей и равными расходными характеристиками;- when using built-in active or adaptive chokes, it is required to manufacture and configure a large number of chokes and equal flow characteristics;

- использование встраиваемых активных или адаптивных дросселей, существенно увеличивает габариты газостатических опор;- the use of built-in active or adaptive chokes significantly increases the dimensions of gas static supports;

- пневматическое регулирование может осуществляться вручную (например, при юстировке оси), в этом случае не требуется встраивание датчиков положения и системы регулирования или системы управления, как в патентном документе SU 552140A, опуб., 1977.- pneumatic regulation can be carried out manually (for example, when adjusting the axis), in this case it is not necessary to build in position sensors and a control system or control system, as in the patent document SU 552140A, pub., 1977.

Вместе с тем необходимо отметить, что быстродействие пневматического регулирования оси ограничено заметным внутренним объемом сжатого газа во внутренних полостях, который не может мгновенно изменить свое давление. Из-за этого пневматическое регулирование не позволяет реализовать быстрые перемещения ротора. В то же время, пневматическое регулирование может осуществляться автоматически, например, с помощью системы ЧПУ станка для отвода инструмента после обработки на несколько мкм или для осуществления холостого хода инструмента.At the same time, it should be noted that the speed of pneumatic axle control is limited by a noticeable internal volume of compressed gas in the internal cavities, which cannot instantly change its pressure. Because of this, pneumatic control does not allow for fast movements of the rotor. At the same time, pneumatic adjustment can be carried out automatically, for example, by using the CNC system of the machine tool to retract the tool after processing by a few microns or to carry out idling of the tool.

Таким образом, пневматическое регулирование положением оси ротора, позволит реализовать медленные угловые, радиальные и осевые смещение ротора от с точностью не менее ~5…10 нм в диапазоне ± 2…6 мкм. Пневматическое регулирование положения оси шпинделя может проводится как вручную, так и автоматизировано, например, с помощью системы ЧПУ станка в процессе обработки, между технологическими операциями, или после обработки.Thus, pneumatic regulation of the position of the rotor axis will allow to realize slow angular, radial and axial displacement of the rotor from with an accuracy of at least ~5…10 nm in the range of ± 2…6 µm. Pneumatic adjustment of the position of the spindle axis can be carried out both manually and automatically, for example, using the CNC system of the machine during processing, between technological operations, or after processing.

Фиксация ротора осуществляется следующим образом.Fixation of the rotor is carried out as follows.

Ротор может быть зафиксирован от поворота, за счет выключения давления подачи в группы П1…П4. В этом случае давление газа на сферическую опорную поверхность сжимает плоские опорные поверхности статора и ротора с большим усилием и обеспечит фиксацию от сдвига и поворота за счет трения. При этом контактное усилие сжатия распределяется по большой поверхности плоского стыка и не приводит к локальному смятию или износу опор. При фиксации ротор смещается вниз примерно на величину зазора.The rotor can be fixed from rotation by turning off the supply pressure to groups P1 ... P4. In this case, the gas pressure on the spherical bearing surface compresses the flat bearing surfaces of the stator and rotor with great force and provides fixation from shear and rotation due to friction. In this case, the contact force of compression is distributed over a large surface of a flat joint and does not lead to local crushing or wear of the supports. When fixed, the rotor moves down by about the amount of the gap.

Контроль положения оси осуществляют следующим образом.The control of the position of the axis is carried out as follows.

При механической и пневматической юстировке оси вращения требуется определять смещения оси. Это можно сделать косвенно по углу поворота регулирующих винтов 10 или по величине давления, подаваемого в управляющие группы дросселей, а также непосредственным измерением смещений ротора.For mechanical and pneumatic adjustment of the rotary axis, it is necessary to determine the axis offsets. This can be done indirectly by the angle of rotation of the adjusting screws 10 or by the amount of pressure supplied to the control groups of throttles, as well as by direct measurement of rotor displacements.

При использовании косвенных измерений зависимость смещений ротора от изменения давления или от угла поворота регулирующих винтов может быть определена эмпирически за счет предварительных испытаний или на основании расчетов, а точность реализуемых смещений определяется, прежде всего, точностью задаваемых величин управляющих воздействий.When using indirect measurements, the dependence of the rotor displacements on pressure changes or on the angle of rotation of the control screws can be determined empirically through preliminary tests or on the basis of calculations, and the accuracy of the implemented displacements is determined, first of all, by the accuracy of the specified values of the control actions.

Измерения радиальных, осевых и угловых биений оси ротора при вращении может быть проведено по стандартным методикам ASME B89.3.4 или другим способом. Measurements of radial, axial and angular runout of the rotor axis during rotation can be carried out according to the standard methods of ASME B89.3.4 or in another way.

Точность непосредственного измерения зависит от используемого оборудования и может составлять от 1 мкм для механических микрометров до 1 нм и менее при использовании лазерных интерферометров и подобного оборудования.Direct measurement accuracy depends on the equipment used and can range from 1 µm for mechanical micrometers to 1 nm or less with laser interferometers and similar equipment.

Пример применения регулировки положения оси для устранения погрешности формы деталей:An example of applying axis position adjustment to eliminate shape errors in parts:

На фиг. 12 приведен пример применения поворотного стола в ультрапрецизионном сферошлифовальном станке, предназначенном для обработки вогнутых и выпуклых сферических поверхностей: In FIG. 12 shows an example of the use of a rotary table in an ultra-precision sphere grinder designed for processing concave and convex spherical surfaces:

- пробок и сопрягаемых с ними уплотнительных седел из нержавеющей стали или никелевых сплавов для шаровых кранов, работающих при особо низких или особо высоких температурах:- plugs and associated sealing seats made of stainless steel or nickel alloys for ball valves operating at very low or very high temperatures:

- сферических линз из оптических стекол или кристаллов;- spherical lenses made of optical glasses or crystals;

- отражающих сферических элементов;- reflective spherical elements;

- сферических резонаторов волновых гироскопов;- spherical resonators of wave gyroscopes;

- сферических подшипников и т.п.- spherical bearings, etc.

На станине 36 установлен шпиндель 37 изделия для вращения с медленной угловой скоростью вокруг оси Z₂ заготовки 39, закрепленной на оправке 38. On the frame 36 there is a spindle 37 of the product for rotation with a slow angular velocity around the Z axis _{2 of} the workpiece 39, fixed on the mandrel 38.

Инструментальный шпиндельный узел 44 обеспечивает быстрое вращение вокруг оси Z₁чашечного шлифовального круга 46 на оправке 45. Инструментальный шпиндельный узел 44 установлен на каретке 42, двигающейся по линейным направляющим 41 для обеспечения врезания S и изменения радиуса обрабатываемой детали. Линейные направляющие 41 установлены на рабочей плоскости 13 поворотной плиты 3 поворотного стола, установленного на станине 36, и обеспечивающего подачу инструмента с медленной скоростью вращения вокруг оси Z. Для статической балансировки ротора поворотного стола с установленными на нем компонентами рекомендуется использовать противовес 43, переустанавливаемый после значительных смещений каретки 42 с инструментальным шпинделем 44.The tool spindle assembly 44 provides fast rotation around the Z ₁ axis of the cup grinding wheel 46 on the mandrel 45. The tool spindle assembly 44 is mounted on a carriage 42 moving along linear guides 41 to provide infeed S and change the radius of the workpiece. Linear guides 41 are installed on the working plane 13 of the turntable 3 of the turntable mounted on the bed 36, and providing a tool with a slow speed of rotation around the Z axis. displacements of the carriage 42 with the tool spindle 44.

Такая кинематическая схема станка позволяет получить наиболее точную форму деталей, поскольку используется единственное формообразующее движение (вращение поворотного стола). Кроме того, такая схема допускает обработку с выхаживанием, когда, повторяются многократные проходы обрабатывающего инструмента без дополнительного врезания.Such a kinematic scheme of the machine allows you to get the most accurate shape of the parts, since a single shaping movement is used (rotation of the turntable). In addition, such a scheme allows for spark-out machining, when multiple passes of the machining tool are repeated without additional infeed.

Для получения идеальной сферической формы детали требуется обеспечить:To obtain an ideal spherical shape of the part, it is required to provide:

-перпендикулярность осей вращения Z и Z₂,- perpendicularity of the axes of rotation Z and Z ₂ ,

- перпендикулярность осей вращения Z и Z₁, - perpendicularity of the rotation axes Z and Z ₁ ,

- все три оси Z, Z₁ и Z₂ должны пересекаться в центре обрабатываемой поверхности заготовки.- all three axes Z, Z ₁ and Z ₂ must intersect in the center of the machined surface of the workpiece.

Смещения каретки 42 со шпинделем 44 вдоль направления S позволяет обрабатывать вогнутые сферические поверхностей. The displacement of the carriage 42 with the spindle 44 along the direction S allows the processing of concave spherical surfaces.

В данном случае должна быть выполнена предварительная регулировка положения осей станка традиционными способами, а после нее механическая и пневматическая юстировки оси с субмикронной точностью, позволяющие выставить перпендикулярность осей Z и Z₂. Вертикальное смещение ротора поворотного стола с субмикронной точностью за счет пневматического регулирования положения оси вращения Z обеспечивает точность совпадения горизонтальных плоскостей, содержащих оси Z₁ и Z₂. In this case, preliminary adjustment of the position of the machine axes by traditional methods should be performed, and after it, mechanical and pneumatic adjustment of the axis with submicron accuracy, allowing you to set the perpendicularity of the Z and Z ₂ axes. The vertical displacement of the rotary table rotor with submicron accuracy due to the pneumatic control of the position of the rotation axis Z ensures the accuracy of the coincidence of the horizontal planes containing the axes Z ₁ and Z ₂ .

Поясним типовую схему шлифованием сферической детали выхаживанием. Осуществляется прямой ход (с шлифованием на глубину резания порядка 1 мкм) за счет вращения поворотного стола вокруг оси Z. Если при обратном ходе (вращении в противоположенную сторону) не желательно касание детали инструментом, то обратный ход можно осуществлять при отведении инструмента от детали за счет смещения ротора в горизонтальной плоскости пневматическим регулированием на величину около 2 мкм. Многократное повторение прямых и обратных проходов с зафиксированным смещением S позволяет реализовать выхаживание обрабатываемой детали и повысить точность обработки.Let us explain the typical scheme by grinding a spherical part by sparking out. A forward stroke is carried out (with grinding to a depth of cut of about 1 μm) due to the rotation of the rotary table around the Z axis. displacement of the rotor in the horizontal plane by pneumatic regulation by a value of about 2 µm. Multiple repetition of forward and reverse passes with a fixed offset S makes it possible to realize the spark-out of the workpiece and improve the accuracy of processing.

В результате повышается точность обработки детали до некруглости менее 1 мкм, точности формы менее 1 мкм, шероховатости Ra менее 0,01 мкм. As a result, the processing accuracy of the part is increased to less than 1 µm out of roundness, shape accuracy less than 1 µm, roughness Ra less than 0.01 µm.

Таким образом, использование предлагаемого поворотного стола позволяет значительно повысить точность обработки за счет юстировки положения оси вращения в широком диапазоне с высокой точностью, а также устранения биения оси вращения поворотной плиты.Thus, the use of the proposed rotary table can significantly improve the accuracy of processing by adjusting the position of the axis of rotation in a wide range with high accuracy, as well as eliminating the beating of the axis of rotation of the rotary plate.

Claims

1. A turntable containing a turntable with an outer working surface mounted on a base by means of gas-static bearings formed by the corresponding surfaces of a gas-static thrust bearing located on the base and rigidly connected to a spike located under the turntable, and a gas-static sleeve mounted with its flat supporting surface on flat bearing surface of said thrust bearing and mated with the stud, wherein said bushing is located in contact with the inner surface of the rotary plate with the possibility of limited adjustment movement jointly with it, and the surfaces along which the stud and said bushing are mated to each other are made spherical, and in the gaps cavities are formed between the spherical surfaces of the stud and bushing and the flat surfaces of the bushing and thrust bearing, which communicate with a source of compressed gas to form, respectively, spherical and flat gas-static bearings, differing I mean that it is equipped with devices for adjusting the relative position of the rotary plate and said bushing with the possibility of their mutual fixation after adjustment, and the contact surfaces of the mating of the rotary plate and said bushing are made spherical, while the mentioned cavities of gas-static bearings are made in the form of separate recesses with installed in them with throttles and are combined into at least two separate groups with independent supply of compressed gas through separate control elements to each group of cavities.

2. The turntable according to claim 1, characterized in that the mating surfaces of the gas-static thrust bearing and the base are made spherical, and the thrust bearing is mounted on the base with the possibility of limited adjustment movement and its subsequent fixation on the spherical surface of the base.

3. The turntable according to claim. 1 or 2, characterized in that the device for adjusting the relative position of the rotary plate and said sleeve is made in the form of a bracket connected to the sleeve or rotary plate, and an adjusting threaded element screwed into the bracket with the possibility of contact, respectively, with swivel plate or bushing.