專利名稱：控制浮起量的開式靜壓回轉(zhuǎn)工作臺及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及機械制造設備中，重型機床開式靜壓回轉(zhuǎn)工作臺及其回轉(zhuǎn)定心軸結 構。
背景技術：
現(xiàn)代數(shù)控機床的發(fā)展越來越趨向于高速、高精、重載，而作為重型機床的關鍵附 件-回轉(zhuǎn)工作臺，同樣面臨向重型發(fā)展的要求。作為實現(xiàn)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)運動的導軌 副及軸承結構部分的結構性能，對于保證工作臺運動精度、性能指標起著重要作用?；谝?體靜壓原理的靜壓導軌結構形式由于具有承載能力高、摩擦系數(shù)極小、剛性大、精度保持性 好等諸多優(yōu)點，因此被越來越多應用到機床產(chǎn)品設計中。特別是大、中型數(shù)控機床，由于用 戶對機床回轉(zhuǎn)工作臺的承載能力、轉(zhuǎn)速等要求越來越高，所以能提升承載能力、減小摩擦系 數(shù)的靜壓結構成為了首選。開式靜壓導軌副結構由于其制造簡單，成本相對較低，目前，被 廣泛應用在大、中型數(shù)控機床應用靜壓原理的回轉(zhuǎn)工作臺結構中。傳統(tǒng)的開式靜壓導軌轉(zhuǎn) 臺結構一般只設計成單方向承載形式-即以液體靜壓介質(zhì)形成與工件載荷方向相反的導 軌支撐，其靜壓方式以定壓式靜壓為主；缺點是靜壓浮起量隨外載荷變化而變化較大，油膜 剛性差，靜壓導軌油膜生成困難。因此具有開式靜壓導軌應用的關鍵是要解決靜壓浮起量 的控制問題，以及油膜剛性控制問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種開式靜壓回轉(zhuǎn)工作臺及其制造方法，解決了工作臺的定 心問題，同時很好地控制了工作臺靜壓浮起量，提高了工作臺的油膜剛性?？刂聘∑鹆康拈_式靜壓回轉(zhuǎn)工作臺，包括工作臺回轉(zhuǎn)軸定心結構、液壓浮動夾緊 器、回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置以及液壓供油的多頭泵，其特征在于工作臺轉(zhuǎn)臺體下部圓柱與大齒圈的 內(nèi)孔采用同軸基孔制間隙配合，將大齒圈固定在工作臺上并共同落在滑座上，在大齒圈凸 出工作臺的空隙中間隔地設置液壓浮動夾緊器，滑座上表面的靜壓油腔與定量式多頭泵的 出油管連通；具有較高平面度和粗糙度的大齒圈底面與滑座上表面的靜壓油腔組成液體靜 壓導軌副；回轉(zhuǎn)定心軸安裝在滑座的中心部，定心軸與工作臺中心孔采用基孔制配合，定心 軸外周置下隔圈、上隔圈，盤片式彈簧與雙列圓柱滾子軸承之間安置軸向推力圓柱軸承，由 螺栓向下穿過端蓋、盤片式彈簧及分配環(huán)使之與定心軸大徑上端鎖緊，實現(xiàn)定位；齒輪減速 箱安裝在滑座側(cè)面，其上的兩個齒輪與大齒圈嚙合，驅(qū)動工作臺回轉(zhuǎn)；定心軸上部安裝圓光 柵，實現(xiàn)工作臺圓周回轉(zhuǎn)閉環(huán)測量。制造方法具有較高平面度和粗糙度的大齒圈底面的制造組合磨削方式保證工 作臺大齒圈下表面靜壓導軌單件精度，同時采用配研刮削滑座靜壓油腔上表面保證上下靜 壓導軌配合精度，工作臺轉(zhuǎn)臺體下部用作定位的圓柱部分厚度要小于大齒圈的厚度，并且 在緊固螺釘和圓錐銷的沉孔部分用銅堵過盈配合塞緊后，整體磨削加工，實現(xiàn)大齒圈下表 面的較高平面度，以及大齒圈下表面與工作臺臺面的平行度；按照靜壓導軌穩(wěn)定運動的要求可通過彈簧與端蓋之間預留間隙的大小對靜壓導軌剛性進行調(diào)整；工作臺回轉(zhuǎn)中心定心 結構上附加的軸向推力圓柱軸承通過盤片式彈簧與端蓋之間預留的這一間隙為工作臺提 供向下的預載荷，同時按照設計要求正確裝配、調(diào)整工作臺回轉(zhuǎn)定心軸承結構和附加的軸 向推力軸承結構的預緊力及精度并保證工作臺靜壓浮起后的浮起量；同時通過調(diào)整下隔圈 的軸向?qū)挾纫哉{(diào)整雙列圓柱滾子軸承的徑向游隙，使其達到理想的預載荷及旋轉(zhuǎn)精度。在本發(fā)明中，為解決傳統(tǒng)開式靜壓回轉(zhuǎn)工作臺承載能力差、摩擦力大難于高速回 轉(zhuǎn)的問題，應用了定量式靜壓原理。為了解決傳統(tǒng)開式靜壓回轉(zhuǎn)臺承受偏載能力差、浮起高 度不受控制的問題，則在一般的作為回轉(zhuǎn)定心的定心軸結構基礎上增加了推力軸承結構， 推力軸承結構一方面有效控制了開式靜壓轉(zhuǎn)臺的浮起量，同時也有效承載了液體靜壓導軌 副的初始預負荷，增加了油膜剛性，提高了開式靜壓轉(zhuǎn)臺的運動平穩(wěn)性、運動精度及抵抗偏 載能力。同樣當工作臺承受偏載時，根據(jù)上述所述的油壓的自動調(diào)節(jié)功能作用，工作臺局部 偏載部分所對應的工作臺靜壓導軌部分的泄油壓力與正常載荷部分的泄油壓力不同，以此 平衡偏載部分的載荷，使工作臺受力始終處于平衡狀態(tài)，使其受到的影響很小。


圖1是開式靜壓回轉(zhuǎn)臺去掉工作臺時的布置示意圖；圖2是開式靜壓回轉(zhuǎn)臺靜壓結構剖面示意圖；圖3是開式靜壓回轉(zhuǎn)臺定心結構剖面示意圖；圖4是圖3中端蓋與盤式彈簧結構中的放大圖。
具體實施例方式控制浮起量的開式靜壓回轉(zhuǎn)工作臺，裝備在重型數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺上，包括工作臺 回轉(zhuǎn)軸定心結構，如圖3所示、液壓浮動B軸夾緊器15、回轉(zhuǎn)驅(qū)動齒輪箱16、靜壓板17以及 液壓供油的多頭泵，重點在于它的靜壓導軌副結構和其配合的回轉(zhuǎn)定心軸結構，其特征在 于工作臺轉(zhuǎn)臺體1下部圓柱與大齒圈2的內(nèi)孔采用同軸基孔制間隙配合，見圖2，同時將大 齒圈2用內(nèi)六角螺釘緊固在工作臺上，并用兩個圓柱銷進行定位，保證工作臺與大齒圈2同 軸，再將工作臺和大齒圈2共同落在滑座3上，滑座3上表面有靜壓板17，靜壓油腔與定量 式多頭泵的出油管連通，具有較高平面度和粗糙度的大齒圈2底面與滑座3上表面的靜壓 油腔組成液體靜壓導軌副；見圖1，在大齒圈2凸出工作臺的空隙中間隔地設置液壓浮動B 軸夾緊器15，液壓浮動夾緊器的上、下部安置在大齒圈的上方和下方，每個夾緊器有六個活 塞；定心軸上部安裝圓光柵，實現(xiàn)工作臺圓周回轉(zhuǎn)閉環(huán)測量。齒輪減速箱16安裝在滑座側(cè) 面，其上的兩個齒輪與大齒圈嚙合，驅(qū)動工作臺回轉(zhuǎn)。這樣在大齒圈2受驅(qū)動齒輪箱16的 驅(qū)動帶著工作臺回轉(zhuǎn)時有效的避免了徑向力的產(chǎn)生，防止了齒圈與工作臺形成相對運動， 保證了工作臺回轉(zhuǎn)的定位精度。制造方法為了保證工作臺與滑座3上表面接觸時的平面度和粗糙度，工作臺下 部用作定位的轉(zhuǎn)臺體1圓柱厚度要小于大齒圈2的厚度，并且在緊固螺釘和圓錐銷的沉孔 部分用銅堵采用過盈配合塞緊后，經(jīng)過整體的磨削加工，來保證大齒圈2下表面的平面度， 以及大齒圈2下表面與工作臺臺面的平行度。將大齒圈2固定在工作臺轉(zhuǎn)臺體1上共同落 在滑座3上后，具有較高平面度和粗糙度的大齒圈2下表面將與滑座3上加工有靜壓油腔5的靜壓板17上表面組成導軌副。結合圖3說明工作臺回轉(zhuǎn)定心結構的設置回轉(zhuǎn)定心軸4安裝在滑座3的中心部， 定心軸4與工作臺中心孔采用基孔制配合。下隔圈5置于定心軸4外周臺肩處，雙列圓柱 滾子軸承6的內(nèi)環(huán)7位于下隔圈5軸向上端面、定心軸4外徑漸進縮小的外壁段，定心軸4 外壁等徑段安置上隔圈9、定心軸4小徑外臺肩處安置軸承油潤滑周向分配環(huán)10，其上有盤 片式彈簧12的近內(nèi)孔部分，盤片式彈簧12的外周下部與雙列圓柱滾子軸承6的外環(huán)8之 間安置軸向推力圓柱軸承11，盤片式彈簧12上面置端蓋13，由螺栓14穿過端蓋13、盤片式 彈簧12及分配環(huán)10使之與定心軸4等徑段上端鎖緊，實現(xiàn)定位。制造方法按照靜壓導軌穩(wěn)定運動的要求，例如設計為一臺承載65噸、3000X3000規(guī)格的工 作臺靜壓導軌穩(wěn)定油膜厚度在0. 04-0. 06mm之間，因此設定彈簧12與端蓋13之間預留間 隙為 0. 05mm。端蓋13與盤片式彈簧12的形狀及結構端蓋13和盤片式彈簧12均為圓環(huán)片狀， 上表面均為平面，并在靠內(nèi)徑側(cè)有透孔，各自上表面均為平面、下表面中部均有凹缺；端蓋 13的凹缺在中部深、由1/3處至外緣部位缺失淺??；盤片式彈簧12下表面的凹缺由外緣 2/7處至內(nèi)徑，而其內(nèi)徑至透孔壁外周的凹缺少于中部；端蓋13在上、盤片式彈簧12在下 將內(nèi)孔套在定心軸4上部臺肩小外徑上，端蓋13外緣部位缺失與盤片式彈簧12上表面形 成間隙。通過調(diào)節(jié)螺栓14將位于高精度軸向推力圓柱軸承11上方的盤片式彈簧12與端 蓋13之間預留的間隙調(diào)整至0. 05mm,即為工作臺轉(zhuǎn)臺體1提供向下的預載荷，與工作臺受 到滑座上靜壓導軌提供的向上的浮起靜壓力共同形成穩(wěn)定的靜壓浮起運動，并固定在這一 范圍之內(nèi)。同時通過調(diào)整下隔圈5的厚度，來改變雙列圓柱滾子軸承6的內(nèi)環(huán)7的軸向位置 以調(diào)整雙列圓柱滾子軸承6的徑向游隙，使其達到軸承樣本上規(guī)定的預載荷及旋轉(zhuǎn)精度。 調(diào)整時撤去雙列圓柱滾子軸承6的外環(huán)8，使用量程滿足此軸承調(diào)整的GN量規(guī)作為雙列圓 柱滾子軸承6的軸承游隙測量裝置，磨削下隔圈5的厚度逐漸減小雙列圓柱滾子軸承6的 徑向游隙、增大預緊力，以達到軸承樣本上規(guī)定的設計預緊力量值為準，完成雙列圓柱滾子 軸承6的定心調(diào)整。工作臺轉(zhuǎn)臺體1受到的外載荷發(fā)生改變時(增大或減小)，靜壓導軌油 膜厚度相應將發(fā)生變化(減小或增大)，進而導致泄油阻力改變(增大或減小)，即泄油壓 力改變(增大或減小)，實現(xiàn)油壓自動平衡，以此來平衡工作臺載荷變化部分，實現(xiàn)工作臺1 受到的外載荷發(fā)生變化時始終是處于靜壓平衡狀態(tài)。當靜壓浮起時，推力軸承11會隨著工作臺轉(zhuǎn)臺體1同時向上移動，此時盤片式彈 簧12受到靜壓托舉力，外周邊會產(chǎn)生向上的彈性變形，而端蓋13采用優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼材 質(zhì)，具有高剛性，在結構設計上外周邊低于內(nèi)周邊0. 05mm，此間隙便限制了盤片式彈簧12 外周邊的變形量，同時也限制了靜壓浮起量。
權利要求
1.控制浮起量的開式靜壓回轉(zhuǎn)工作臺，包括工作臺回轉(zhuǎn)軸定心結構、液壓浮動夾緊器、 回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置以及液壓供油的多頭泵，其特征在于工作臺轉(zhuǎn)臺體下部圓柱與大齒圈的內(nèi)孔 采用同軸基孔制間隙配合，將大齒圈固定在工作臺轉(zhuǎn)臺體上并共同落在滑座上，在大齒圈 凸出工作臺的空隙中間隔地設置液壓浮動夾緊器，滑座上表面的靜壓油腔與定量式多頭泵 的出油管連通；具有較高平面度和粗糙度的大齒圈底面與滑座上表面的靜壓油腔組成液 體靜壓導軌副；回轉(zhuǎn)定心軸安裝在滑座的中心部，定心軸與工作臺轉(zhuǎn)臺體中心孔采用基孔 制配合，定心軸外周置下隔圈、上隔圈，盤片式彈簧與雙列圓柱滾子軸承之間安置軸向推力 圓柱軸承，由螺栓向下穿過端蓋、盤片式彈簧及分配環(huán)使之與定心軸大徑上端鎖緊，實現(xiàn)定 位；齒輪減速箱安裝在滑座側(cè)面，其上的兩個齒輪與大齒圈嚙合，驅(qū)動工作臺回轉(zhuǎn)；定心軸 上部安裝圓光柵，實現(xiàn)工作臺圓周回轉(zhuǎn)閉環(huán)測量。
2.根據(jù)權利要求1所述的控制浮起量的開式靜壓回轉(zhuǎn)工作臺，其特征在于工作臺回轉(zhuǎn) 定心結構的設置回轉(zhuǎn)定心軸(4)安裝在滑座(3)的中心部，定心軸(4)與工作臺中心孔采 用基孔制配合，下隔圈(5)置于定心軸(4)外周臺肩處，雙列圓柱滾子軸承(6)的內(nèi)環(huán)(7) 位于下隔圈( 軸向上端面、定心軸(4)外徑漸進縮小的外壁段，定心軸(4)外壁等徑段安 置上隔圈(9)、定心軸(4)小徑外臺肩處安置軸承油潤滑周向分配環(huán)(10)，其上有盤片式彈 簧(1 的近內(nèi)孔部分，盤片式彈簧(1 的外周下部與雙列圓柱滾子軸承(6)的外環(huán)(8) 之間安置軸向推力圓柱軸承(11)，盤片式彈簧(12)上面置端蓋(13)，由螺栓(14)穿過端 蓋(13)、盤片式彈簧(1 及分配環(huán)(10)使之與定心軸(4)等徑段上端鎖緊，實現(xiàn)定位。
3.根據(jù)權利要求1所述的控制浮起量的開式靜壓回轉(zhuǎn)工作臺，其特征在于端蓋13與盤 片式彈簧(1 的形狀及結構端蓋(1 和盤片式彈簧(1 均為圓環(huán)片狀，上表面均為平 面，并在靠內(nèi)徑側(cè)有透孔，各自上表面均為平面、下表面中部均有凹缺；端蓋(1 的凹缺在 中部深、由1/3處至外緣部位缺失淺??；盤片式彈簧(1 下表面的凹缺由外緣2/7處至內(nèi) 徑，而其內(nèi)徑至透孔壁外周的凹缺少于中部；端蓋(1 在上、盤片式彈簧(1 在下將內(nèi)孔 套在定心軸(4)上部臺肩小外徑上，端蓋(1 外緣部位缺失與盤片式彈簧(1 上表面形 成間隙。
4.一種制造權利1控制浮起量的開式靜壓回轉(zhuǎn)工作臺的方法，其特征在于具有較高平 面度和粗糙度的大齒圈( 底面的制造組合磨削方式保證工作臺大齒圈下表面靜壓導軌 單件精度，同時采用配研刮削滑座靜壓油腔上表面保證上下靜壓導軌配合精度，工作臺轉(zhuǎn) 臺體(1)下部圓柱與大齒圈O)的內(nèi)孔采用基孔制間隙配合，同時將大齒圈(2)用內(nèi)六角 螺釘緊固在工作臺上，并用兩個圓柱銷進行定位；工作臺轉(zhuǎn)臺體(1)下部用作定位的圓柱 部分厚度要小于大齒圈的厚度，并且在緊固螺釘和圓錐銷的沉孔部分用銅堵采用過盈配合 塞緊后，整體磨削加工，實現(xiàn)大齒圈下表面的較高平面度，以及大齒圈下表面與工作臺臺面 的平行度。
5.一種制造權利1所述控制浮起量的開式靜壓回轉(zhuǎn)工作臺的方法，其特征在于開式靜 壓轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)定心軸結構回轉(zhuǎn)定心軸(4)安裝在工作臺滑座(2)的中心部，定心軸(4)與 工作臺中心孔采用基孔制配合，通過調(diào)整下隔圈( 的軸向?qū)挾龋瑏碚{(diào)整雙列圓柱滾子軸 承(6)的徑向游隙，使其達到設計參數(shù)范圍預載荷及旋轉(zhuǎn)精度，實現(xiàn)定心；按照靜壓導軌穩(wěn) 定運動的要求可通過彈簧與端蓋之間預留間隙的大小對靜壓導軌剛性進行調(diào)整；工作臺回 轉(zhuǎn)中心定心結構上附加的軸向推力圓柱軸承通過盤片式彈簧與端蓋之間預留的這一間隙為工作臺提供向下的預載荷，同時按照設計要求正確裝配、調(diào)整工作臺回轉(zhuǎn)定心軸承結構 和附加的軸向推力軸承結構的預緊力及精度并保證工作臺靜壓浮起后的浮起量；同時通過 調(diào)整下隔圈( 的軸向?qū)挾纫哉{(diào)整雙列圓柱滾子軸承(6)的徑向游隙，使其達到設計參數(shù) 范圍預載荷及旋轉(zhuǎn)精度。
6.根據(jù)權利要求5所述的制造方法，其特征在于定心調(diào)整磨削下隔圈(5)的高度逐 漸減小雙列圓柱滾子軸承(6)的徑向游隙，以達到軸承樣本上規(guī)定的預緊力量值為準；調(diào) 整時撤去雙列圓柱滾子軸承(6)的外環(huán)(7)，使用量程滿足此軸承調(diào)整的GN量規(guī)作為雙列 圓柱滾子軸承(6)的軸承游隙測量裝置，完成雙列圓柱滾子軸承(6)的定心調(diào)整。
7.根據(jù)權利要求5所述的制造方法，其特征在于給液體靜壓提供預載荷的軸向圓柱滾 子推力軸承結構按照靜壓導軌穩(wěn)定運動的要求，當設計工作臺靜壓導軌穩(wěn)定油膜厚度在 0.04-0. 06mm之間時，設定彈簧(12)與端蓋(13)之間預留間隙為0. 05mm ；通過調(diào)節(jié)螺栓 (14)將位于高精度軸向推力圓柱軸承(11)上方的盤片式彈簧(12)與端蓋(13)之間預留 的間隙調(diào)整至0.05mm，即為工作臺(1)提供向下的預載荷，與工作臺受到滑座上靜壓導軌 提供的向上的浮起靜壓力高度相同，共同形成穩(wěn)定的靜壓浮起運動，并固定在同一范圍之 內(nèi)。
全文摘要
控制浮起量的開式靜壓回轉(zhuǎn)工作臺及其制造方法，其特征在于轉(zhuǎn)臺體下部圓柱與大齒圈的內(nèi)孔同軸基孔制間隙配合，大齒圈與工作臺落在滑座上，具有較高平面度和粗糙度的大齒圈底面與滑座上表面的靜壓油腔組成液體靜壓導軌副；定心結構上附加的軸向推力軸承結構，為工作臺靜壓導軌提供預載荷，按照設計要求正確裝配、磨削大齒圈下表面達平面精度，同時采用配研刮削滑座靜壓油腔上表面保證上下靜壓導軌配合精度。本發(fā)明在一般的定心軸結構基礎上增加了推力軸承結構，一方面有效控制了開式靜壓轉(zhuǎn)臺的浮起量，同時也有效控制了液體靜壓導軌副的初始預負荷，增加了油膜剛性，提高了開式靜壓轉(zhuǎn)臺的運動平穩(wěn)性、運動精度及抵抗偏載能力。
文檔編號B23P15/00GK102039527SQ20101050221
公開日2011年5月4日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權日2010年9月29日
發(fā)明者劉宗際, 姜嘉偉, 孔令友, 孫玉民, 李麗麗, 楊天博, 賀鑫元, 高亮 申請人:中捷機床有限公司