專利名稱：一種用水驅(qū)動機床主軸高速轉(zhuǎn)動的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及機床主軸設(shè)計領(lǐng)域，更具體的說，涉及一種用水驅(qū)動機床主軸高 速轉(zhuǎn)動的裝置。
背景技術(shù)：
目前的高速主軸單元主要為高速電主軸。由于電主軸將電機集成于轉(zhuǎn)子部分，即 主軸組件的結(jié)構(gòu)中，相當(dāng)于在其內(nèi)部增加了一個熱源，使得電機不能采用風(fēng)扇散熱，因此自 然散熱條件較差，這些熱源產(chǎn)生的熱量主要通過主軸殼體和主軸進行散熱。另外，電機轉(zhuǎn)子 在主軸殼體內(nèi)的高速攪動，使內(nèi)腔中的空氣也會發(fā)熱，所以電機產(chǎn)生的熱量有相當(dāng)一部分 會通過主傳到軸承上去，由此引起的熱變形會嚴重降低機床的加工精度和軸承使用壽命， 從而導(dǎo)致電主軸的使用壽命縮短。高速電主軸的軸承潤滑方式通常有三種。油脂潤滑的主軸溫升較高，工作壽命 較短，需要定期更換油脂；油霧潤滑由于其污染性較大，逐漸被停止使用；油氣潤滑造價昂 貴，通常需要將通入的氣體進行干燥處理。三種潤滑方式均可靠性較低。水主軸散熱良好，且可靠性較高，因此研究一種用水驅(qū)動機床主軸高速轉(zhuǎn)動的裝 置，對于實現(xiàn)高速主軸的良好的散熱及高可靠性具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是給出一種用水驅(qū)動機床主軸高速轉(zhuǎn)動的裝置，它利用高壓水作為 動力，應(yīng)用于機床主軸中，實現(xiàn)了主軸的高速轉(zhuǎn)動。為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。一種用水驅(qū)動機床主軸 高速轉(zhuǎn)動的裝置，其特征在于，包括殼體，主軸，位于殼體中部的殼體入水通道，位于主軸 下方的殼體出水通道，位于殼體入水通道截面的主軸入水通道，位于主軸內(nèi)的主通道，置于 殼體凹槽截面上的主軸出水通道，置于主軸前后端的徑向節(jié)流器，位于主軸中部的軸向節(jié) 流器。所述水流入流出主軸的運動情況，主軸的啟動轉(zhuǎn)動情況，主軸平穩(wěn)轉(zhuǎn)動情況。本發(fā)明的進一步特點在于水進入進出主軸高壓水從殼體入水通道進入，水從該通道進入主軸的主通道，主 通道中的水進入節(jié)流器后，通過節(jié)流器將水排到殼體與主軸之間的間隙中，一部分水通過 主軸出水通道排到殼體與主軸間，殼體下方設(shè)置的幾個出水通道將水從殼體與主軸的間隙 中排出。軸的轉(zhuǎn)動情況高壓水流過主軸出水通道橫截面時，由于壓力的下降，水獲得極大 的速度，在出口處形成一個與水流速度相反的反沖力，三個出水口形成的反沖力之間構(gòu)成 一個扭矩，該扭矩驅(qū)使主軸轉(zhuǎn)動。軸的平穩(wěn)轉(zhuǎn)動水通過主通道進入到分別位于主軸軸向方向上的節(jié)流器和徑向方 向上的節(jié)流器后，節(jié)流器中的水再進入到殼體和主軸的間隙中，位于主軸徑向方向的節(jié)流 器在圓周的各個角度，高壓水均在徑向方向沖擊殼體，所產(chǎn)生的壓力迫使主軸無法與殼體接觸，從而實現(xiàn)了主軸的徑向方向平穩(wěn)；高壓水流過位于主軸的軸向節(jié)流器后，在與軸向節(jié) 流器平行的殼體兩個壁面上分別形成沖擊力，實現(xiàn)了主軸的軸向方向平穩(wěn)。本裝置的優(yōu)勢在于在加工小尺寸零件時，具有很高的轉(zhuǎn)速，使得加工的表面粗糙 度低，約為幾十納米，表面輪廓為亞微米級。水不停地在轉(zhuǎn)子與外殼之間流動，并且在轉(zhuǎn)子 內(nèi)亦流動，使得裝置的散熱良好。節(jié)流器在主軸徑向和軸向方向上分別發(fā)揮了徑向靜壓軸 承和軸向靜壓軸承的作用，軸承與主軸的一體化使得軸承的壽命得到提高。


圖1本發(fā)明的一種用水驅(qū)動機床主軸高速轉(zhuǎn)動的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的左視圖。圖3為主軸入水通道的剖面圖。圖4為主軸出水通道的剖面圖。
具體實施方案下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。參照圖1、圖2、圖3、圖4，一種用水驅(qū)動機床主軸高速轉(zhuǎn)動的裝置，主要包括殼體 1，主軸2，主軸徑向節(jié)流器201，主軸軸向節(jié)流器202，主軸入水通道203，主軸主通道204，主 軸出水通道205，殼體入水通道3，殼體出水通道4，殼體出水通道5，殼體出水通道6，殼體出 水通道7，殼體凹槽8，密封圈9，柔性聯(lián)軸器1001，旋轉(zhuǎn)編碼器1002，模數(shù)轉(zhuǎn)換器1003，計算 機1004，數(shù)模轉(zhuǎn)換器1005，增益放大器1006，伺服閥1007。高壓水從伺服閥1007中流入到殼體入水通道3中，接著水進入主軸入水通道203 中，水由主軸入水通道203流入主軸主通道204中，主軸主通道204中的水分兩部分，一部 分通過主軸出水通道205送入殼體出水通道中，高速水的反沖力在主軸2上形成扭矩，該扭 矩使得主軸2轉(zhuǎn)動；另一部分水通過主軸徑向節(jié)流器201和主軸軸向節(jié)流器202分別流入 到殼體出水通道中。柔性聯(lián)軸器1001與主軸2相連，旋轉(zhuǎn)編碼器1002與柔性聯(lián)軸器1001 相連，通過旋轉(zhuǎn)編碼器1002測得的主軸轉(zhuǎn)速傳遞到模數(shù)轉(zhuǎn)換器1003上，模數(shù)轉(zhuǎn)換器1003 將數(shù)字信號傳遞給計算機1004，計算機1004對信號進行處理，所得的數(shù)字信號送入數(shù)模轉(zhuǎn) 換器1005中，計算機1005與增益放大器1006相連，增益放大器器1006通過控制伺服閥 1007的供水流量和壓力，實現(xiàn)對主軸2的轉(zhuǎn)速控制。當(dāng)主軸2受到擾動時，主軸2的轉(zhuǎn)速會 降低，這時，旋轉(zhuǎn)編碼器1002會將主軸2的轉(zhuǎn)速反饋到計算機1004中，計算機1004通過控 制伺服閥1007的壓力和流量，使得殼體入水通道3中的水壓升高，流量增大，達到恢復(fù)轉(zhuǎn)速 目的，從而實現(xiàn)了主軸2的穩(wěn)定轉(zhuǎn)動。主軸徑向節(jié)流器201的作用原理為水在流出主軸徑向節(jié)流器201后，水的壓力會 降低，會產(chǎn)生沿主軸徑向節(jié)流器201的軸線方向的力，主軸2的左端和右端的端面上各有四 個節(jié)流器，四個節(jié)流器的合力能夠自動調(diào)節(jié)水腔壓力，使水膜具有較大的水膜剛度，能夠承 受較大的力，從而使主軸2限定在水膜內(nèi)轉(zhuǎn)動；同時，節(jié)流器分別位于兩個端面，使得主軸2 實現(xiàn)動平衡。主軸軸向節(jié)流器202的作用原理是水在流出主軸軸向節(jié)流器202后，產(chǎn)生的力沿 主軸軸向節(jié)流器202的軸線方向，分別在兩個端面上的節(jié)流器的合力能夠自動調(diào)節(jié)水腔壓力，使主軸2對于軸線方向上的擾動具有良好的適應(yīng)能力。主軸出水通道205的作用原理為高壓水在經(jīng)過主軸出水通道205，通過主軸出水 通道205的小孔排出時，巨大的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，形成高速水射流，水射流對于主軸出水 通道205的小孔有反沖力，在一個截面上布置的三個小孔產(chǎn)生的反沖力形成一個扭矩，該 扭矩驅(qū)動主軸2轉(zhuǎn)動。實施例主軸直徑為20mm，供水壓力在0_5Mpa之間。當(dāng)供水壓力為0. 5Mpa時，供水流量 最大為12. 64L/min ；當(dāng)供水壓力為2Mpa時，供水流量最大為25. ^L/min ；當(dāng)供水壓力為 0. 5Mpa時，供水流量最大為39. 99L/min，可以得到供水流量與供水壓力之間呈二次曲線關(guān)系。在供水壓力一定時，通過調(diào)節(jié)供水流量，可以改變主軸的轉(zhuǎn)速。供水壓力5Mpa時， 當(dāng)供水流量為5L/min時，主軸轉(zhuǎn)速可達4937r/min ；當(dāng)供水流量為20L/min時，主軸轉(zhuǎn)速可 達M742r/min ；當(dāng)供水流量為39. 99L/min時，主軸轉(zhuǎn)速可達51647r/min ；通過分析可知， 隨著流量的增加，摩擦力矩對于主轉(zhuǎn)速的影響逐漸減小，直至主軸轉(zhuǎn)速與供水流量之間近 似呈線性關(guān)系。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定 本發(fā)明的具體實施方式
僅限于此，對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫 離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所 提交的權(quán)利要求確定專利保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種用水驅(qū)動機床主軸高速轉(zhuǎn)動的裝置，其特征在于，包括殼體(1)，與殼體形成 配合關(guān)系的主軸O)，與伺服閥管道(1007)相連殼體的入水通道(3)，位于主軸(2)前端的 殼體出水通道G)，置于主軸軸向節(jié)流器(20 下方的殼體出水通道(5)，在主軸出水通道 (205)下方的殼體出水通道(6)，放置在主軸( 尾端的殼體出水通道(7)，位于殼體入水 通道C3)后端的殼體凹槽(8)，夾在殼體前端和后端之間的密封圈(9)，以及與主軸(2)前 端相連的控制平臺(10)；所述主軸出水通道(20 與殼體凹槽(8)間水射流反沖力形成扭 矩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用水驅(qū)動機床主軸高速轉(zhuǎn)動的裝置，其特征在于，所述 主軸(2)包含分別置于主軸前端和后端的主軸徑向節(jié)流器001)，位于主軸O)中部的主 軸軸向節(jié)流器002)，位于殼體入水通道C3)截面上的主軸入水通道(203)，位于主軸(2) 內(nèi)的主軸主通道004)，置于殼體凹槽(8)截面上的主軸出水通道O05)；所述主軸徑向節(jié) 流器O01)與殼體(1)在前后端產(chǎn)生正壓力，所述主軸( 與殼體(1)間隙處產(chǎn)生摩擦力， 所述主軸出水通道O05)與殼體凹槽(8)間水射流反沖力形成扭矩，所述主軸( 通過上 述扭矩進行高速轉(zhuǎn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用水驅(qū)動機床主軸高速轉(zhuǎn)動的裝置，其特征在于，所述 控制平臺(10)包含與主軸( 相連的柔性聯(lián)軸器(1001)，與柔性聯(lián)軸器相連的旋轉(zhuǎn)編碼 器(1002)，位于旋轉(zhuǎn)編碼器(100 之后的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(1003)，與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(100 相連 的計算機(1004)，與計算機(1004)相連的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(1005)，置于數(shù)模轉(zhuǎn)換器(1005)之 后的增益放大器(1006)，以及與增益放大器(1006)相接的伺服閥(1007)；所述主軸(2)的 扭矩通過柔性聯(lián)軸器(1001)傳遞給旋轉(zhuǎn)編碼器(1002)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用水驅(qū)動機床主軸高速轉(zhuǎn)動的裝置，其特征在于，所述 伺服閥(1007)通過改變供水壓力和供水流量對主軸O)的轉(zhuǎn)動速度進行控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及機床主軸設(shè)計領(lǐng)域，更具體的說，一種用水驅(qū)動機床主軸高速轉(zhuǎn)動的裝置，包括殼體(1)，與殼體形成配合關(guān)系的主軸(2)，與伺服閥管道(1007)相連的殼體入水通道(3)，位于主軸(2)前端的殼體出水通道(4)，置于主軸軸向節(jié)流器(202)下方的殼體出水通道(5)，在主軸出水通道(205)下方的殼體出水通道(6)，放置在主軸(2)尾端的殼體出水通道(7)，位于殼體入水通道(3)后端的殼體凹槽(8)，夾在殼體前端和后端之間的密封圈(9)，以及與主軸(2)后端相連的控制平臺(10)；所述主軸出水通道(205)與殼體凹槽(8)間水射流反沖力形成扭矩。
文檔編號B23Q5/04GK102139458SQ20111006853
公開日2011年8月3日 申請日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者孟慶豐, 蔡陽, 趙瑊 申請人:西安交通大學(xué)