專利名稱：采用電液伺服閥控制的動靜壓主軸結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種動靜壓軸承，特別是涉及一種能夠提高主軸的轉(zhuǎn)動精度的采
用電液伺服閥控制的動靜壓主軸結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
動靜壓軸承由于具有摩擦力小，使用壽命長，抗振性能好，精度較高等特點(diǎn)，在機(jī) 床主軸上獲得廣泛的應(yīng)用，但隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，特別是國防工業(yè)、航空工業(yè)的發(fā)展，對 主軸的旋轉(zhuǎn)精度要求越來越高，常規(guī)的動靜壓軸承已不能滿足需要，因此需要研發(fā)旋轉(zhuǎn)精 度更高的動靜壓軸承(主軸徑向跳動0. 0001 0. 000001mm)。同時(shí)在超精密加工中，需要 0. 0001 0. 000001mm的微細(xì)進(jìn)給，而這靠現(xiàn)在已有的常規(guī)進(jìn)給機(jī)構(gòu)是無法完成的。 圖1為傳統(tǒng)恒壓供油動靜壓軸承原理圖，這種恒壓供油動靜壓軸承由供油系統(tǒng)1， 小孔節(jié)流器2和軸承3三部分組成，其工作原理如下當(dāng)供油系統(tǒng)的油泵尚未啟動時(shí)，軸承 油腔內(nèi)沒有壓力油，主軸4由于重力而壓在軸承套的下部。油泵啟動后，壓力油通過節(jié)流器 進(jìn)入相對應(yīng)的軸承承載腔。如果忽略主軸4的重量，則主軸4會被油壓浮起至軸承套中心 位置，此時(shí)主軸4各處的間隙相等，各承載腔壓力相等，主軸4處于液體摩擦狀態(tài)，主軸4可 以啟動。 當(dāng)主軸4受到外載荷的作用時(shí)，會在外力F的作用下產(chǎn)生一個(gè)微小位移e(見圖 2)，使下油腔7的間隙從h。變小為h。-e，封油面上的油阻力增大，從而使下油腔7的壓力上 升，相應(yīng)的對面的上油腔9的壓力會下降，從而有一壓差作用在主軸4上，當(dāng)這一壓差大到 一定程度時(shí)，其產(chǎn)生的反作用力與外力F平衡時(shí)，主軸4就停止在一個(gè)新的位置。這就是靜 壓主軸的工作原理，它告訴我們，這種主軸的工作是建立在主軸的適量移動上，沒有這一移 動，它就無法工作。在實(shí)際的靜壓軸承中，這一移動量只有幾微米，這對大多數(shù)的使用場合 精度已是足夠了。但隨著國防工業(yè)的發(fā)展，特別是航空航天事業(yè)的發(fā)展，需要把主軸的轉(zhuǎn)動 精度提高到更高，使其回轉(zhuǎn)精度達(dá)到0. 00001mm或更高。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種能夠提高主軸的轉(zhuǎn)動 精度的采用電液伺服閥控制的動靜壓主軸結(jié)構(gòu)。 本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是一種采用 電液伺服閥控制的動靜壓主軸結(jié)構(gòu)，包括有分別通過8個(gè)小孔節(jié)流器向主軸機(jī)構(gòu)供油的第 一供油系統(tǒng)，還設(shè)置有通過電液伺服閥向主軸結(jié)構(gòu)中的前定心靜壓軸承供油的第二供油系 統(tǒng)；所述主軸結(jié)構(gòu)是由主軸、套在主軸前端的定心動靜壓軸承套、套在主軸后端的動靜壓軸 承套和設(shè)置在主軸前端的靜壓止推軸承套及法蘭構(gòu)成；所述定心動靜壓軸承套和動靜壓軸 承套的內(nèi)周面上都設(shè)置有均布的四個(gè)承壓槽和四個(gè)回油槽，動靜壓軸承套的四個(gè)承壓槽由 所述第一供油系統(tǒng)通過四個(gè)節(jié)流器供油，所述定心動靜壓軸承套的垂直方向的兩個(gè)承壓槽 由所述第一供油系統(tǒng)通過節(jié)流器供油，而水平方向的兩個(gè)承壓槽通過電液伺服閥由第二供油系統(tǒng)供油；定心動靜壓軸承套和動靜壓軸承套的四個(gè)回油槽均與油箱相通；靜壓止推軸 承套經(jīng)由小孔節(jié)流器由第一供油系統(tǒng)供油。 所述的位于主軸前端的定心動靜壓軸承套上對應(yīng)于通過電液伺服閥供油的進(jìn)油 槽處設(shè)置有一電容位移傳感器，所述的電容位移傳感器依次通過第一放大器、比較器和第 二放大器與電液伺服閥連接，所述的比較器還接收已設(shè)定的用于與電容位移傳感器所傳信 號進(jìn)行比較的指令信號。 所述的第一供油系統(tǒng)與第二供油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同。 本實(shí)用新型所采用的另一技術(shù)方案是一種采用電液伺服閥控制的動靜壓主軸結(jié) 構(gòu)，包括有分別通過8個(gè)小孔節(jié)流器向主軸機(jī)構(gòu)供油的第一供油系統(tǒng)，還設(shè)置有通過電液 伺服閥向主軸結(jié)構(gòu)中的前定心靜壓軸承供油的第二供油系統(tǒng)；所述主軸結(jié)構(gòu)是由主軸、套 在主軸前端的定心動靜壓軸承套、套在主軸后端的動靜壓軸承套和設(shè)置在主軸前端適當(dāng)位 置的靜壓止推軸承套及法蘭構(gòu)成；所述定心動靜壓軸承套的內(nèi)周面上設(shè)置有3對6個(gè)均布 承壓槽和六個(gè)回油槽，每對承壓槽均由一個(gè)電液伺服閥控制供油，共有三個(gè)電液伺服閥分 別對三對承壓槽進(jìn)行供油控制，三個(gè)電液伺服閥均由第二供油系統(tǒng)供油，三個(gè)電液伺服閥 結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同，六個(gè)回油槽均與油箱相通；靜壓止推軸承套經(jīng)由小孔節(jié)流器由第一供 油系統(tǒng)供油。 所述的定心動靜壓軸承套的3對承壓槽上各設(shè)置1個(gè)電容位移傳感器，所述的3 個(gè)電容位移傳感器分別依次通過與該電容位移傳感器對應(yīng)的第一放大器、比較器和第二放 大器與電液伺服閥連接，所述的比較器還接收已設(shè)定的用于與電容位移傳感器所傳信號進(jìn) 行比較的指令信號。 本實(shí)用新型的采用電液伺服閥控制的動靜壓主軸結(jié)構(gòu)，具有以下優(yōu)點(diǎn) 1.旋轉(zhuǎn)精度高，主軸徑向跳動《10nm; 2.剛性更高，抗振性好； 3.本實(shí)用新型可利用伺服閥的控制，通過改變油膜的厚度，使主軸產(chǎn)生一相應(yīng)微
小位移用來完成超精加工中的超精進(jìn)給，即本實(shí)用新型可作為超精密進(jìn)給機(jī)構(gòu)使用； 4.本實(shí)用新型可以不使用動平衡裝置就可實(shí)現(xiàn)高精度旋轉(zhuǎn)，換言之，這種采用電
液伺服閥控制的閉環(huán)位置控制系統(tǒng)也可作為高精密動平衡裝置而使用； 5.如有需要，前軸承的另外兩個(gè)油腔也可使用電液伺服閥控制，同樣后軸承和推
力軸承也同樣可以采用電液伺服閥控制，只是這樣成本也會大大提高。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)的動靜壓軸承與進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1中主軸受到外載荷的作用時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本實(shí)用新型的動靜壓軸承與進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本實(shí)用新型的動靜壓軸承與進(jìn)給機(jī)構(gòu)的另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中的標(biāo)號分別是 1-第一供油系統(tǒng)；2_小孔節(jié)流器；3_主軸結(jié)構(gòu)；4_主軸；5_法蘭；6_靜壓止推軸
承套；7-下油腔；8、8'-定心動靜壓軸承套；9-上油腔；10-第二放大器；ll-動靜壓軸承
套；12-承壓槽；13-回油槽；14-油箱；15-電液伺服閥；16-第二供油系統(tǒng)；17-電容位移 傳感器；18-第一放大器；19-比較器；20-壓力繼電器；21-油箱；22_吸油粗濾；23_電機(jī)；24-油泵；25-壓力表；26-溢流閥；27-粗濾油器；28-精密油濾；29-蓄能器；30-單向閥； 31-壓力表；A-靜壓止推軸承；B、 B'_前定心靜壓軸承；C-后定心靜壓軸承。
具體實(shí)施方式為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合 附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的采用電液伺服閥控制的動靜壓主軸結(jié)構(gòu)如下 如圖3所示，本實(shí)用新型的采用電液伺服閥控制的動靜壓主軸結(jié)構(gòu)，包括有分別 通過8個(gè)小孔節(jié)流器2向主軸機(jī)構(gòu)3供油的第一供油系統(tǒng)1 ;通過電液伺服閥15向主軸結(jié) 構(gòu)3中的前定心靜壓軸承B供油的第二供油系統(tǒng)16 ;所述主軸結(jié)構(gòu)3是由主軸4、套在主軸 4前端的定心動靜壓軸承套8、套在主軸4后端的動靜壓軸承套11和設(shè)置在主軸4前端適 當(dāng)位置的靜壓止推軸承套6及法蘭5構(gòu)成；所述定心動靜壓軸承套8和動靜壓軸承套11的 內(nèi)周面上都設(shè)置有均布的四個(gè)大小一致的承壓槽12和四個(gè)回油槽13，動靜壓軸承套11的 四個(gè)承壓槽12由所述第一供油系統(tǒng)1通過四個(gè)節(jié)流器2供油，所述定心動靜壓軸承套8的 垂直方向的兩個(gè)承壓槽12由所述第一供油系統(tǒng)1通過節(jié)流器2供油，而水平方向的兩個(gè)承 壓槽12通過電液伺服閥15由第二供油系統(tǒng)16供油；定心動靜壓軸承套8和動靜壓軸承套 11的四個(gè)回油槽13均與油箱14相通；靜壓止推軸承套6經(jīng)由小孔節(jié)流器2由第一供油系 統(tǒng)1供油，所述的第一供油系統(tǒng)1與第二供油系統(tǒng)16結(jié)構(gòu)原理相同。 所述的位于主軸4前端的定心動靜壓軸承套8上的兩個(gè)通過電液伺服閥15供油 的承壓槽12中的一個(gè)設(shè)置有一電容位移傳感器17，所述的電容位移傳感器17依次通過第 一放大器18、比較器19和第二放大器10與電液伺服閥15連接，所述的比較器19還接收已 設(shè)定的用于與電容位移傳感器17所傳信號進(jìn)行比較的指令信號，從而形成全閉環(huán)控制。 圖4所示為采用電液伺服閥控制的動靜壓主軸結(jié)構(gòu)第二實(shí)施例，這一實(shí)施例的后 軸承套11和靜壓止推軸承套6與實(shí)施例1完全相同，未在圖4中表示(可以參考圖3)，圖 4中只顯示了與實(shí)施例1不同的前軸承套8。第二實(shí)施例的采用電液伺服閥控制的動靜壓 主軸結(jié)構(gòu)，包括有分別通過8個(gè)小孔節(jié)流器2向主軸機(jī)構(gòu)3供油的第一供油系統(tǒng)1 ;通過電 液伺服閥15向主軸結(jié)構(gòu)3中的前定心靜壓軸承B'供油的第二供油系統(tǒng)16 ;所述主軸結(jié)構(gòu) 3是由主軸4、套在主軸4前端的定心動靜壓軸承套8'、套在主軸4后端的動靜壓軸承套 11和設(shè)置在主軸4前端適當(dāng)位置的靜壓止推軸承套6及法蘭5構(gòu)成；所述定心動靜壓軸承 套8的內(nèi)周面上設(shè)置有3對6個(gè)均布承壓槽12和六個(gè)回油槽13，每對承壓槽12均由一個(gè) 電液伺服閥15控制供油，共有三個(gè)電液伺服閥分別對三對承壓槽12進(jìn)行供油控制，三個(gè)電 液伺服閥均由第二供油系統(tǒng)16供油，三個(gè)電液伺服閥結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同，六個(gè)回油槽13均 與油箱14相通；靜壓止推軸承套6經(jīng)由小孔節(jié)流器2由第一供油系統(tǒng)1供油。 所述的定心動靜壓軸承套8'的3對承壓槽12上各設(shè)置1個(gè)電容位移傳感器17， 所述的3個(gè)電容位移傳感器17分別依次通過與該電容位移傳感器17對應(yīng)的第一放大器 18、比較器19和第二放大器10與電液伺服閥15連接，所述的比較器19還接收已設(shè)定的用 于與電容位移傳感器17所傳信號進(jìn)行比較的指令信號。 本實(shí)用新型所使用的電容位移傳感器17的分辨率可高達(dá)lnm。在使用了電液伺服 閥的主軸結(jié)構(gòu)3中，當(dāng)外力作用在主軸4上時(shí)，主軸4的移動在只有l(wèi)nm時(shí)就被電容位移傳 感器17測量到，并發(fā)出位移反饋信號，電液伺服閥15將這一信號轉(zhuǎn)換放大為油腔的相應(yīng)油
5壓差。這一油壓差與外力平衡，使主軸4僅移動了非常小的位移(lnm)就停下來，而此時(shí)的 偏心量e，要比圖2所示結(jié)構(gòu)小很多，只要選用的電液伺服閥15頻率響應(yīng)足夠快，作為反饋 元件的電容位移傳感器17的分辨率足夠高，就可以使主軸4的位移小于10nm，即其旋轉(zhuǎn)精 度可達(dá)10nm。
權(quán)利要求一種采用電液伺服閥控制的動靜壓主軸結(jié)構(gòu)，包括有分別通過8個(gè)小孔節(jié)流器(2)向主軸機(jī)構(gòu)(3)供油的第一供油系統(tǒng)(1)，其特征在于，還設(shè)置有通過電液伺服閥(15)向主軸結(jié)構(gòu)(3)中的前定心靜壓軸承(B)供油的第二供油系統(tǒng)(16)；所述主軸結(jié)構(gòu)(3)是由主軸(4)、套在主軸(4)前端的定心動靜壓軸承套(8)、套在主軸(4)后端的動靜壓軸承套(11)和設(shè)置在主軸(4)前端的靜壓止推軸承套(6)及法蘭(5)構(gòu)成；所述定心動靜壓軸承套(8)和動靜壓軸承套(11)的內(nèi)周面上都設(shè)置有均布的四個(gè)承壓槽(12)和四個(gè)回油槽(13)，動靜壓軸承套(11)的四個(gè)承壓槽(12)由所述第一供油系統(tǒng)(1)通過四個(gè)節(jié)流器(2)供油，所述定心動靜壓軸承套(8)的垂直方向的兩個(gè)承壓槽(12)由所述第一供油系統(tǒng)(1)通過節(jié)流器(2)供油，而水平方向的兩個(gè)承壓槽(12)通過電液伺服閥(15)由第二供油系統(tǒng)(16)供油；定心動靜壓軸承套(8)和動靜壓軸承套(11)的四個(gè)回油槽(13)均與油箱(14)相通；靜壓止推軸承套(6)經(jīng)由小孔節(jié)流器(2)由第一供油系統(tǒng)(1)供油。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用電液伺服閥控制的動靜壓主軸結(jié)構(gòu)，其特征是所述的 位于主軸(4)前端的定心動靜壓軸承套(8)上對應(yīng)于通過電液伺服閥(15)供油的進(jìn)油槽(12) 處設(shè)置有一電容位移傳感器(17)，所述的電容位移傳感器(17)依次通過第一放大器 (18)、比較器(19)和第二放大器(10)與電液伺服閥(15)連接，所述的比較器(19)還接收 已設(shè)定的用于與電容位移傳感器(17)所傳信號進(jìn)行比較的指令信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用電液伺服閥控制的動靜壓主軸結(jié)構(gòu)，其特征是所述的 第一供油系統(tǒng)(1)與第二供油系統(tǒng)(16)結(jié)構(gòu)相同。
4. 一種采用電液伺服閥控制的動靜壓主軸結(jié)構(gòu)，包括有分別通過8個(gè)小孔節(jié)流器(2) 向主軸機(jī)構(gòu)(3)供油的第一供油系統(tǒng)(l)，其特征在于，還設(shè)置有通過電液伺服閥(15)向主 軸結(jié)構(gòu)(3)中的前定心靜壓軸承(B')供油的第二供油系統(tǒng)(16);所述主軸結(jié)構(gòu)(3)是由 主軸(4)、套在主軸(4)前端的定心動靜壓軸承套(8')、套在主軸(4)后端的動靜壓軸承 套(11)和設(shè)置在主軸(4)前端適當(dāng)位置的靜壓止推軸承套(6)及法蘭(5)構(gòu)成；所述定心 動靜壓軸承套(8')的內(nèi)周面上設(shè)置有3對6個(gè)均布承壓槽(12)和六個(gè)回油槽(13)，每 對承壓槽(12)均由一個(gè)電液伺服閥(15)控制供油，共有三個(gè)電液伺服閥分別對三對承壓 槽(12)進(jìn)行供油控制，三個(gè)電液伺服閥均由第二供油系統(tǒng)(16)供油，三個(gè)電液伺服閥結(jié)構(gòu) 參數(shù)完全相同，六個(gè)回油槽(13)均與油箱(14)相通；靜壓止推軸承套(6)經(jīng)由小孔節(jié)流器 (2)由第一供油系統(tǒng)(1)供油。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的采用電液伺服閥控制的動靜壓主軸結(jié)構(gòu)，其特征是所述的 定心動靜壓軸承套(8')的3對承壓槽(12)上各設(shè)置l個(gè)電容位移傳感器(17)，所述的3 個(gè)電容位移傳感器(17)分別依次通過與該電容位移傳感器(17)對應(yīng)的第一放大器(18)、 比較器(19)和第二放大器(10)與電液伺服閥(15)連接，所述的比較器(19)還接收已設(shè) 定的用于與電容位移傳感器(17)所傳信號進(jìn)行比較的指令信號。
專利摘要一種采用電液伺服閥控制的動靜壓主軸結(jié)構(gòu)，有通過小孔節(jié)流器向主軸機(jī)構(gòu)供油的第一供油系統(tǒng)，通過電液伺服閥向前定心靜壓軸承供油的第二供油系統(tǒng)；主軸結(jié)構(gòu)由套在主軸前端的定心動靜壓軸承套、套在主軸后端的動靜壓軸承套和設(shè)置在主軸前端的靜壓止推軸承套及法蘭構(gòu)成；定心動靜壓軸承套和動靜壓軸承套的內(nèi)周面上都設(shè)置有承壓槽和回油槽，動靜壓軸承套的承壓槽由第一供油系統(tǒng)供油，定心動靜壓軸承套的垂直方向的承壓槽由第一供油系統(tǒng)通過節(jié)流器供油，水平方向的承壓槽通過電液伺服閥由第二供油系統(tǒng)供油；定心動靜壓軸承套和動靜壓軸承套的回油槽均與油箱相通；靜壓止推軸承套經(jīng)由小孔節(jié)流器由第一供油系統(tǒng)供油。本實(shí)用新型旋轉(zhuǎn)精度高，剛性更高，抗振性好。
文檔編號F16C32/06GK201521556SQ200920097680
公開日2010年7月7日 申請日期2009年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月8日
發(fā)明者路文忠 申請人:路文忠