專利名稱：高精度高剛度大扭矩液體靜壓電主軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及用于大型超精密加工機(jī)床上大扭矩的液體靜壓電主軸，要求達(dá)到高的扭矩、高的精度及承載剛度。
背景技術(shù)：
主軸系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于超精密加工設(shè)備中，是超精密機(jī)床進(jìn)行加工的核心部分，它的回轉(zhuǎn)精度、剛度直接影響到機(jī)床的加工精度。主軸要求達(dá)到極高的回轉(zhuǎn)精度，高剛度，轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，無振動，這些指標(biāo)直接影響到機(jī)床的加工精度。目前國產(chǎn)的高精度、高扭矩數(shù)控機(jī)床和加工中心所用的電主軸，仍然主要從國外進(jìn)口。近年來，國內(nèi)對于液體靜壓主軸的生產(chǎn)精度及剛度不能滿足我們使用性能要求，高扭矩、高主軸回轉(zhuǎn)精度、電機(jī)驅(qū)動方式、動平衡測試技術(shù)、軸承和潤滑等一系列問題都尚待進(jìn)一步深入研究，現(xiàn)在的驅(qū)動電機(jī)有鼠籠式異步電機(jī)和永磁式轉(zhuǎn)子同步電機(jī)，但這些都不能滿足高扭矩輸出。

實用新型內(nèi)容為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型的目的是提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、加工精度高、承載剛度高和具有高扭矩輸出的液體靜壓電主軸。本實用新型采用的技術(shù)方案是高精度高剛度大扭矩輸出的液體靜壓電主軸，包括工作臺1、雙向止推軸承2、機(jī)座3、徑向軸承4、主軸5、前軸承座6、無刷直流力矩電機(jī)7、 連接螺釘15、后軸承座16、十字槽沉頭螺釘17、雙頭螺柱18，其特征在于工作臺1由雙向止推軸承2進(jìn)行軸向支撐，雙向止推軸承2設(shè)置在工作臺1的下方，用十字槽沉頭螺釘17 進(jìn)行連接；雙向止推軸承2內(nèi)嵌于機(jī)座3空腔內(nèi)；主軸5設(shè)置在雙向止推軸承2下面，結(jié)構(gòu)為空腔式，用雙頭螺柱18與雙向止推軸承2進(jìn)行連接；所述主軸5內(nèi)置于徑向軸承4內(nèi)，所述徑向軸承4上端與前軸承座6相連，下端與后軸承座16相連；無刷直流力矩電機(jī)7裝于主軸5下端，與所述主軸5和機(jī)座3用連接螺釘15直接相連。所述的主軸5結(jié)構(gòu)為空腔式。用于支撐加工工件的工作臺1為圓形。所述雙向止推軸承2在止推板14上下兩個方向上均布了八個可以增加軸系承載能力的扇形油腔10，并且扇形油腔10兩側(cè)開有回油槽9。所述徑向軸承4的結(jié)構(gòu)采用上下兩個徑向軸承油墊11共用一個軸套12的結(jié)構(gòu)， 所述徑向軸承油墊11中包含周向六個供油油腔13，并且供油油腔13之間開有回油槽9。由于采用以上技術(shù)方案，本實用新型的有益效果如下本實用新型雙向止推軸承中在止推板上均布了八個扇形油腔，并且扇形油腔周圍開有回油槽，可以增加軸系的承載能力，從而提高整個軸系的支撐剛度；徑向軸承的支撐部分采用雙徑向軸承油墊共用一個軸套的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)從制造工藝上來說，容易保證兩個徑向軸承油墊的同軸度，對提高軸系的剛度和精度都十分有利，上下兩個徑向軸承油墊中，每個軸承油墊包含六個供油油腔， 這種分布提高了軸系的定心精度；雙向止推軸承的放置在主軸前端，徑向軸承放置在主軸
3后端，這種結(jié)構(gòu)的布局主要優(yōu)點是主軸受熱后向后伸長，不影響周向精度，精度高，對提高主軸部件剛度有利。對于軸向精度和剛度要求較高的使用設(shè)備中比較合適。最后采用的是無刷直流力矩電機(jī)，具有低轉(zhuǎn)速、大扭矩、過載能力強(qiáng)、響應(yīng)快、特性線性度好、力矩波動小等特點，可直接驅(qū)動負(fù)載省去減速傳動齒輪，從而提高了系統(tǒng)的運行精度，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大時能自動降低轉(zhuǎn)速，同時加大輸出轉(zhuǎn)矩，保持與負(fù)載平衡，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為一定值時改變電機(jī)端電壓便可調(diào)速，與主軸用螺釘直接連接，減少了諸多連接因素對主軸精度的影響，無刷直流力矩電機(jī)因為沒有電刷，可靠性很高，以電主軸的方式進(jìn)行安裝和調(diào)整，輸出的扭矩可以根據(jù)負(fù)載進(jìn)行調(diào)整，保證大負(fù)載下高扭矩的輸出，這樣可以很好地滿足各種加工對象的工藝要求。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為雙向止推軸承的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為徑向軸承的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1工作臺，2雙向止推軸承，3機(jī)座，4徑向軸承，5主軸，6前軸承座，7無刷直流力矩電機(jī)，8節(jié)流孔，9回油槽，10扇形油腔，11徑向軸承油墊，12軸套，13供油油腔，14止推板，15連接螺釘，16后軸承座，17連接螺釘，18雙頭螺柱。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進(jìn)一步描述。圖1所示，液體靜壓主軸，包括工作臺1、雙向止推軸承2、機(jī)座3、徑向軸承4、主軸 5、前軸承座6、無刷直流力矩電機(jī)7、節(jié)流孔8，軸套12，止推板14，連接螺釘15，后軸承座 16，十字槽沉頭螺釘17，雙頭螺柱18。工作臺1由雙向止推軸承2進(jìn)行軸向支撐，雙向止推軸承2設(shè)置在工作臺1的下方，用十字槽沉頭螺釘17進(jìn)行連接；雙向止推軸承2在中間止推板14上下兩個方向上均布了八個扇形油腔10，并且油腔兩側(cè)開有回油槽9，液壓油通過液壓管道經(jīng)過節(jié)流孔8流入止推板14上下兩個方向上的八個扇形油腔10中，液壓油通過回油槽9流入油泵，可以增加軸系的承載能力，從而提高整個軸系的支撐剛度；具有結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好等優(yōu)點；主軸5設(shè)置在雙向止推軸承2下面，為減少重量結(jié)構(gòu)采用空腔式，用雙頭螺柱18與雙向止推軸承2進(jìn)行連接；主軸5的周向運動由徑向軸承4進(jìn)行定位，所述徑向軸承4上端與前軸承座6相連，下端與后軸承座16相連，徑向軸承4采用上下兩個徑向軸承油墊11共用一個軸套12的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)從制造工藝上來說，容易保證兩個軸承的同軸度，對提高軸系的剛度和精度都十分有利，上下兩個供油腔面中，每個腔面分為六個供油腔13，這種分布提高了軸系的定心精度，液壓油從油泵出來經(jīng)過分壓器把不同壓力的油分別壓入雙向止推軸承2和徑向軸承4中，同樣液壓油通過液壓管道經(jīng)過節(jié)流孔8流入供油油腔13中，通過回油槽9流入油泵；所述主軸5的驅(qū)動方式為無刷直流力矩電機(jī)7直接驅(qū)動，無刷直流力矩電機(jī)7裝于主軸5下端，與所述主軸5和機(jī)座3用連接螺釘15直接相連， 減少了諸多連接因素對主軸精度的影響，力矩電機(jī)因為沒有電刷，可靠性很高，以電主軸的方式進(jìn)行安裝和調(diào)整，輸出的扭矩可以根據(jù)負(fù)載進(jìn)行調(diào)整，保證大負(fù)載下高扭矩的輸出，這樣可以很好地滿足各種加工對象的工藝要求。[0016]圖2所示，該雙向止推軸承2結(jié)構(gòu)用來支撐工作臺1的軸向載荷。該結(jié)構(gòu)采用帶有回油槽9的扇形油腔10的結(jié)構(gòu)，共含有八個扇形油腔10，這種結(jié)構(gòu)的定心能力好，以前結(jié)構(gòu)一般只是設(shè)計無回油槽的四油腔環(huán)形油墊結(jié)構(gòu)，而這里的油墊結(jié)構(gòu)是有多個回油槽9的扇形油腔10結(jié)構(gòu)，因為這種結(jié)構(gòu)的軸承比沒有回油槽的油腔結(jié)構(gòu)靜剛度大。圖3所示，該徑向軸承4結(jié)構(gòu)用來定位主軸5的周向運動。徑向軸承4的結(jié)構(gòu)采用兩個徑向軸承油墊11共用軸套12的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)從制造工藝上來說，容易保證兩個軸承油墊11的同軸度，對提高軸系的剛度和精度都十分有利，上下兩個徑向軸承油墊11中， 每個包含六個供油油腔13，并且供油油腔13兩側(cè)開有回油槽9，這種分布增加了徑向軸承 4的剛度，提高了軸系的定心精度。
權(quán)利要求1.高精度高剛度大扭矩液體靜壓電主軸，包括工作臺(1)、雙向止推軸承O)、機(jī)座 (3)、徑向軸承、主軸(5)、前軸承座(6)、無刷直流力矩電機(jī)(7)、連接螺釘(15)、后軸承座(16)、十字槽沉頭螺釘(17)、雙頭螺柱(18)，其特征在于工作臺(1)由雙向止推軸承 (2)進(jìn)行軸向支撐，雙向止推軸承( 設(shè)置在工作臺(1)的下方，用十字槽沉頭螺釘(17)進(jìn)行連接；雙向止推軸承⑵內(nèi)嵌于機(jī)座⑶空腔內(nèi)；主軸(5)設(shè)置在雙向止推軸承(2)下面，結(jié)構(gòu)為空腔式，用雙頭螺柱(18)與雙向止推軸承(2)進(jìn)行連接；所述主軸(5)內(nèi)置于徑向軸承⑷內(nèi)，所述徑向軸承⑷上端與前軸承座(6)相連，下端與后軸承座(16)相連；無刷直流力矩電機(jī)(7)裝于主軸(5)下端，與所述主軸(5)和機(jī)座(3)用連接螺釘(15)直接相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度高剛度大扭矩液體靜壓電主軸，其特征在于所述的主軸(5)結(jié)構(gòu)為空腔式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度高剛度大扭矩液體靜壓電主軸，其特征在于用于支撐加工工件的工作臺(1)為圓形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度高剛度大扭矩液體靜壓電主軸，其特征在于所述雙向止推軸承( 在止推板(14)上下兩個方向上均布了八個可以增加軸系承載能力的扇形油腔(10)，并且扇形油腔(10)兩側(cè)開有回油槽(9)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度高剛度大扭矩液體靜壓電主軸，其特征在于所述徑向軸承的結(jié)構(gòu)采用上下兩個徑向軸承油墊(11)共用一個軸套(12)的結(jié)構(gòu)，所述徑向軸承油墊(11)中包含周向六個供油油腔(13)，并且供油油腔(13)之間開有回油槽(9)。
專利摘要高精度高剛度大扭矩液體靜壓電主軸，屬于超精密加工領(lǐng)域。工作臺(1)由雙向止推軸承(2)進(jìn)行軸向支撐，雙向止推軸承(2)設(shè)置在工作臺(1)的下方，用十字槽沉頭螺釘(17)進(jìn)行連接；雙向止推軸承(2)內(nèi)嵌于機(jī)座(3)空腔內(nèi)；主軸(5)設(shè)置在雙向止推軸承(2)下面，結(jié)構(gòu)為空腔式，用雙頭螺柱(18)與雙向止推軸承(2)進(jìn)行連接；所述主軸(5)內(nèi)置于徑向軸承(4)內(nèi)，所述徑向軸承(4)上端與前軸承座(6)相連，下端與后軸承座(16)相連；無刷直流力矩電機(jī)(7)裝于主軸(5)下端，與所述主軸(5)和機(jī)座(3)用連接螺釘(15)直接相連。本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)高精度高剛度大扭矩的力矩傳送。
文檔編號B23B19/02GK202224662SQ20112023763
公開日2012年5月23日 申請日期2011年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月7日
發(fā)明者李云, 王曉峰, 范晉偉, 陳東菊 申請人:北京工業(yè)大學(xué)