專利名稱：一種大直徑超精密氣體靜壓回轉(zhuǎn)軸系的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超精密制造裝備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種超精密氣體靜壓回轉(zhuǎn)軸系，尤其是涉及一種大直徑的超精密氣體靜壓回轉(zhuǎn)軸系。
背景技術(shù)：
在慣性約束核聚變及強(qiáng)激光武器等高科技裝備中，需要大量采用KDP晶體等功能性材料的光學(xué)元件。由于KDP晶體具有質(zhì)軟、易潮解、易碎等不利于光學(xué)加工的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的磨削和拋光方法并不適用，而單點(diǎn)金剛石飛刀銑削加工技術(shù)成為目前該類晶體加工的首選方法，如專利號(hào)ZL200710144867. 4、公告日為2008年06月11日、名稱為《龍門式超精密飛切銑床》的發(fā)明專利。為了實(shí)現(xiàn)與激光波長同量級(jí)平面度和納米級(jí)表面粗糙度的KDP晶體等光學(xué)元件的加工，高精度、高剛度的氣體靜壓回轉(zhuǎn)軸系是機(jī)床的關(guān)鍵部件之一。盡管已有很多關(guān)于氣體靜壓回轉(zhuǎn)軸系的報(bào)道，但是由于飛切銑床利用大直徑的“飛刀”盤回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)材料的去除，所以都還不能直接適用于超精密飛切銑床的回轉(zhuǎn)軸系。如專利號(hào)ZL200810064030. 3、公告日為2008年07月30日、名稱為《超精密氣體靜壓電主軸系統(tǒng)》的發(fā)明專利采用加大止推面的徑推一體式氣體靜壓軸系，滿足了實(shí)際加工的要求。隨著KDP晶體等光學(xué)元件尺寸的加大和精度要求的提高，“飛刀”盤直徑需要進(jìn)一步增大，而現(xiàn)有的氣體靜壓回轉(zhuǎn)軸系還存在以下不足(I)止推板存在較大變形，導(dǎo)致氣膜間隙變化，影響軸系的精度和剛度；(2)進(jìn)一步增大止推板將增加軸系的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和加劇止推板的變形，進(jìn)而影響軸系的精度、剛度以及動(dòng)態(tài)性能，從而限制了刀盤直徑的進(jìn)一步增大。因此，現(xiàn)有技術(shù)還不能完全滿足大尺寸KDP晶體等光學(xué)元件的加工需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有氣體靜壓回轉(zhuǎn)軸系的不足，提供一種大直徑超精密氣體靜壓回轉(zhuǎn)軸系，以滿足大尺寸KDP晶體等光學(xué)元件的加工需求。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種大直徑超精密氣體靜壓回轉(zhuǎn)軸系，所述回轉(zhuǎn)軸系包括下浮板、連接板、上浮板、上浮止推板、下浮止推板、固定支承座、內(nèi)隔環(huán)、徑向軸瓦、主軸、內(nèi)隔套、數(shù)個(gè)下浮節(jié)流器、數(shù)個(gè)上浮節(jié)流器及數(shù)個(gè)徑向節(jié)流器；連接板、上浮板、上浮止推板及下浮止推板均為圓環(huán)形，下浮板的橫截面為圓形，下浮板的上平面由內(nèi)至外設(shè)有內(nèi)環(huán)形槽和外環(huán)形槽，內(nèi)環(huán)形槽和外環(huán)形槽的中心線與下浮板的中心線重合，下浮板的上平面中心處設(shè)有中心孔，連接板置于下浮板的內(nèi)環(huán)形槽內(nèi)，上浮止推板置于下浮板的外環(huán)形槽內(nèi)，主軸設(shè)置在下浮板上平面的中心處，固定支承座的中心處設(shè)有與徑向軸瓦相配合的軸孔，徑向軸瓦套裝在主軸上，且徑向軸瓦套裝在固定支承座的軸孔及內(nèi)隔套內(nèi)，內(nèi)隔套設(shè)置在固定支承座與連接板之間，內(nèi)隔套的外側(cè)由內(nèi)至外依次套裝有上浮板、內(nèi)隔環(huán)及下浮止推板，下浮板上平面分別與上浮板的下平面和主軸的下平面固定連接，下浮止推板的上平面與固定支承座的下平面固定連接，上浮止推板的上平面與內(nèi)隔環(huán)的下平面固定連接，內(nèi)隔環(huán)的上平面與固定支承座的下平面固定連接，徑向軸瓦的下平面與連接板的上平面固定連接，連接板的上平面與內(nèi)隔套的下平面固定連接，內(nèi)隔套的上平面與固定支承座的下平面固定連接，上浮止推板上沿圓周方向均布設(shè)有數(shù)個(gè)第一軸向安裝孔，每個(gè)第一軸向安裝孔內(nèi)裝有一個(gè)上浮節(jié)流器，壓縮空氣通過上浮節(jié)流器進(jìn)入上浮止推板和上浮板之間的軸向間隙形成上浮氣體靜壓止推氣膜，由上浮板、上浮節(jié)流器和上浮止推板組成上浮氣體靜壓止推軸承，下浮止推板上沿圓周方向均布設(shè)有數(shù)個(gè)第二軸向安裝孔，每個(gè)第二軸向安裝孔內(nèi)裝有一個(gè)下浮節(jié)流器，壓縮空氣通過下浮節(jié)流器進(jìn)入下浮止推板和下浮板之間的軸向間隙形成下浮氣體靜壓止推氣膜，由下浮板、下浮節(jié)流器和下浮止推板組成下浮氣體靜壓止推軸承，由上浮氣體靜壓止推軸承和下浮氣體靜壓止推軸承組成閉式圓環(huán)面氣體靜壓止推軸承，徑向軸瓦的內(nèi)環(huán)面設(shè)有數(shù)個(gè)徑向安裝孔，每個(gè)徑向安裝孔內(nèi)裝有一個(gè)徑向節(jié)流器，壓縮空氣通過徑向節(jié)流器進(jìn)入徑向軸瓦和主軸之間的徑向間隙形成徑向氣體靜壓支承氣膜，由徑向軸瓦、主軸和徑向節(jié)流器組成徑向氣體靜壓軸承。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于I)采用平面止推軸承(即上浮氣體靜壓止推軸承和下浮氣體靜壓止推軸承)和圓柱徑向軸承(由徑向軸瓦、主軸和均布設(shè)置于徑向軸瓦內(nèi)環(huán)面的兩個(gè)上下平行設(shè)置的圓周上的數(shù)個(gè)徑向節(jié)流器構(gòu)成)，利于提高加工精度，從而有利于實(shí)現(xiàn)軸系的高軸向精度和高回轉(zhuǎn)精度。2)上浮板、上浮止推板和下浮止推板均為平面圓環(huán)形，并且在下浮板上設(shè)有兩個(gè)環(huán)形槽，使得上浮氣體靜壓止推軸承和下浮氣體靜壓止推軸承組成閉式軸向氣體靜壓軸承，不但實(shí)現(xiàn)了大直徑的閉式止推面，使軸系具有高剛度尤其是高角剛度，而且避免了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增加和止推板變形的加大，進(jìn)而有利于提高軸系的精度、剛度以及動(dòng)態(tài)性能。3)采用開有兩個(gè)內(nèi)、外環(huán)形槽的下浮板，將上浮止推板置于下浮板的外環(huán)形槽內(nèi)，使上浮止推面和下浮止推面在一個(gè)平面，同時(shí)將連接板置于下浮板的內(nèi)環(huán)形槽內(nèi)，縮短了軸向閉式止推面和徑向支承面與下浮板上負(fù)載力之間的距離，從而有利于提高軸系的軸向精度和回轉(zhuǎn)精度。4)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了大直徑止推面，同時(shí)避免了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增加和止推板變形加大，進(jìn)而提高了軸系的精度、剛度以及動(dòng)態(tài)性能。綜上，本發(fā)明可滿足大尺寸600mmX600mm (正方形面積)KDP晶體等光學(xué)元件的加
工需求。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)主視示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
具體實(shí)施方式
一如圖1所示，本實(shí)施方式的一種大直徑超精密氣體靜壓回轉(zhuǎn)軸系，所述回轉(zhuǎn)軸系包括下浮板1、連接板4、上浮板5、上浮止推板6、下浮止推板7、固定支承座8、內(nèi)隔環(huán)9、徑向軸瓦10、主軸12、內(nèi)隔套14、數(shù)個(gè)下浮節(jié)流器2、數(shù)個(gè)上浮節(jié)流器3及數(shù)個(gè)徑向節(jié)流器13;
連接板4、上浮板5、上浮止推板6及下浮止推板7均為圓環(huán)形，下浮板I的橫截面為圓形，下浮板I即可作為飛切銑床的刀盤，下浮板I的上平面由內(nèi)至外設(shè)有內(nèi)環(huán)形槽和外環(huán)形槽，內(nèi)環(huán)形槽和外環(huán)形槽的中心線與下浮板I的中心線重合，下浮板I的上平面中心處設(shè)有中心孔1-1，連接板4置于下浮板I的內(nèi)環(huán)形槽內(nèi)，上浮止推板6置于下浮板I的外環(huán)形槽內(nèi)，如此設(shè)計(jì)，可以縮短軸向閉式止推面和徑向支承面與下浮板I上負(fù)載力之間的距離，從而有利于提高軸系的軸向精度和回轉(zhuǎn)精度，主軸12設(shè)置在下浮板I上平面的中心處，固定支承座8的中心處設(shè)有與徑向軸瓦10相配合的軸孔，徑向軸瓦10套裝在主軸12上，且徑向軸瓦10套裝在固定支承座8的軸孔及內(nèi)隔套14內(nèi)，內(nèi)隔套14設(shè)置在固定支承座8與連接板4之間，內(nèi)隔套14的外側(cè)由內(nèi)至外依次套裝有上浮板5、內(nèi)隔環(huán)9及下浮止推板7，下浮板I上平面分別與上浮板5的下平面和主軸12的下平面通過螺釘固定連接，下浮止推板7的上平面與固定支承座8的下平面通過螺釘固定連接，上浮止推板6的上平面與內(nèi)隔環(huán)9的下平面通過螺釘固定連接，內(nèi)隔環(huán)9的上平面與固定支承座8的下平面通過螺釘固定連接，徑向軸瓦10的下平面與連接板4的上平面通過螺釘固定連接，連接板4的上平面與內(nèi)隔套14的下平面通過螺釘固定連接，內(nèi)隔套14的上平面與固定支承座8的下平面通過螺釘固定連接，上浮止推板6上沿圓周方向均布設(shè)有數(shù)個(gè)第一軸向安裝孔，每個(gè)第一軸向安裝孔內(nèi)裝有一個(gè)上浮節(jié)流器3，壓縮空氣通過上浮節(jié)流器3 (為小孔節(jié)流器)進(jìn)入上浮止推板6和上浮板5之間的軸向間隙形成上浮氣體靜壓止推氣膜，由上浮板5、上浮節(jié)流器3和上浮止推板6組成上浮氣體靜壓止推軸承，下浮止推板7上沿圓周方向均布設(shè)有數(shù)個(gè)第二軸向安裝孔，每個(gè)第二軸向安裝孔內(nèi)裝有一個(gè)下浮節(jié)流器2 (為小孔節(jié)流器)，壓縮空氣通過下浮節(jié)流器2進(jìn)入下浮止推板7和下浮板I之間的軸向間隙形成下浮氣體靜壓止推氣膜，由下浮板1、下浮節(jié)流器2和下浮止推板7組成下浮氣體靜壓止推軸承，由上浮氣體靜壓止推軸承和下浮氣體靜壓止推軸承組成閉式圓環(huán)面氣體靜壓止推軸承(上浮氣體靜壓止推面和下浮氣體靜壓止推面為同一平面)，如此設(shè)計(jì)，有利于提高加工精度，徑向軸瓦10的內(nèi)環(huán)面設(shè)有數(shù)個(gè)徑向安裝孔，每個(gè)徑向安裝孔內(nèi)裝有一個(gè)徑向節(jié)流器13 (為小孔節(jié)流器)，壓縮空氣通過徑向節(jié)流器13進(jìn)入徑向軸瓦10和主軸12之間的徑向間隙形成徑向氣體靜壓支承氣膜，由徑向軸瓦10、主軸12和徑向節(jié)流器13組成徑向氣體靜壓軸承。如此設(shè)計(jì)，有利于提高加工精度，從而有利于實(shí)現(xiàn)高回轉(zhuǎn)精度，主軸12的上端與驅(qū)動(dòng)裝置11的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子固定連接，驅(qū)動(dòng)裝置11通過螺釘與固定支承座8固定連接。
具體實(shí)施方式
二 結(jié)合圖1說明，本實(shí)施方式的上浮氣體靜壓止推氣膜間隙和下浮氣體靜壓止推軸承氣膜間隙通過研磨內(nèi)隔環(huán)9的上下表面，使其為負(fù)公差獲得。從而實(shí)現(xiàn)大直徑的閉式圓環(huán)形止推面，使軸系具有高剛度，且可以避免較大的軸系轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和較大的止推板變形，進(jìn)而有利于提高軸系的精度、剛度以及動(dòng)態(tài)性能。本實(shí)施方式中未公開的技術(shù)特征與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖1說明，本實(shí)施方式的數(shù)個(gè)上浮節(jié)流器3和數(shù)個(gè)下浮節(jié)流器2均與第一氣路16連通，數(shù)個(gè)徑向節(jié)流器13與第二氣路17連通。如此設(shè)計(jì)，便于安裝調(diào)試，有利于實(shí)現(xiàn)軸系高精度和高剛度。本實(shí)施方式中未公開的技術(shù)特征與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖1說明，本實(shí)施方式的數(shù)個(gè)徑向節(jié)流器13沿徑向軸瓦10內(nèi)環(huán)面的兩個(gè)上下平行設(shè)置的圓周上均布設(shè)置，兩個(gè)上下平行設(shè)置的圓周相對(duì)于徑向軸瓦10中部的橫截面對(duì)稱設(shè)置。本實(shí)施方式中未公開的技術(shù)特征與具體實(shí)施方式
一相同。工作原理工作時(shí)，首先壓縮空氣通過第一氣路16進(jìn)入數(shù)個(gè)上浮節(jié)流器3和數(shù)個(gè)下浮節(jié)流器2，經(jīng)節(jié)流作用在上浮板5和上浮止推板6之間的軸向間隙形成上浮氣體靜壓止推氣膜，在下浮板I和下浮止推板7之間的軸向間隙形成下浮氣體靜壓止推氣膜；同時(shí)壓縮空氣通過第二氣路17進(jìn)入數(shù)個(gè)徑向節(jié)流器13，經(jīng)節(jié)流作用在徑向軸瓦10和主軸12之間的徑向間隙形成徑向氣體靜壓支承氣膜；進(jìn)而使得固定連接在一起的軸系轉(zhuǎn)子(下浮板1、上浮板5和主軸12)在徑向和雙向軸向都有氣體靜壓支承氣膜。然后在主軸12上端連接的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)下，軸系轉(zhuǎn)子將在氣體靜壓潤滑狀態(tài)下進(jìn)行回轉(zhuǎn)，由于氣體靜壓潤滑的幾何誤差均化作用，從而可以獲得高的回轉(zhuǎn)精度。由于上浮板5、上浮止推板6和下浮止推板7均為平面圓環(huán)形以及下浮板I上設(shè)有兩個(gè)環(huán)形槽，從而可以實(shí)現(xiàn)大直徑閉式止推面，且避免了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增加和止推板變形的加大，進(jìn)而提高了軸系精度、剛度以及動(dòng)態(tài)性能。本發(fā)明的一種大直徑超精密氣體靜壓回轉(zhuǎn)軸系通過固定支承座8固定于軸系支架15上。
權(quán)利要求
1.一種大直徑超精密氣體靜壓回轉(zhuǎn)軸系，所述回轉(zhuǎn)軸系包括下浮板(I)、連接板(4)、上浮板(5)、上浮止推板(6)、下浮止推板(7)、固定支承座(8)、內(nèi)隔環(huán)(9)、徑向軸瓦(10)、主軸(12)、內(nèi)隔套(14)、數(shù)個(gè)下浮節(jié)流器(2)、數(shù)個(gè)上浮節(jié)流器(3)及數(shù)個(gè)徑向節(jié)流器(13);其特征在于 連接板(4)、上浮板(5)、上浮止推板(6)及下浮止推板(7)均為圓環(huán)形，下浮板(I)的橫截面為圓形，下浮板(I)的上平面由內(nèi)至外設(shè)有內(nèi)環(huán)形槽和外環(huán)形槽，內(nèi)環(huán)形槽和外環(huán)形槽的中心線與下浮板(I)的中心線重合,下浮板(I)的上平面中心處設(shè)有中心孔(1-1),連接板(4)置于下浮板(I)的內(nèi)環(huán)形槽內(nèi)，上浮止推板(6)置于下浮板(I)的外環(huán)形槽內(nèi)，主軸(12)設(shè)置在下浮板(I)上平面的中心處，固定支承座(8)的中心處設(shè)有與徑向軸瓦(10)相配合的軸孔，徑向軸瓦(IO )套裝在主軸(12 )上，且徑向軸瓦(IO )套裝在固定支承座(8 )的軸孔及內(nèi)隔套(14)內(nèi)，內(nèi)隔套(14)設(shè)置在固定支承座(8)與連接板(4)之間，內(nèi)隔套(14)的外側(cè)由內(nèi)至外依次套裝有上浮板(5)、內(nèi)隔環(huán)(9)及下浮止推板(7)，下浮板(I)上平面分別與上浮板(5)的下平面和主軸(12)的下平面固定連接，下浮止推板(7)的上平面與固定支承座(8)的下平面固定連接，上浮止推板(6)的上平面與內(nèi)隔環(huán)(9)的下平面固定連接，內(nèi)隔環(huán)(9)的上平面與固定支承座(8)的下平面固定連接，徑向軸瓦(10)的下平面與連接板(4)的上平面固定連接，連接板(4)的上平面與內(nèi)隔套(14)的下平面固定連接，內(nèi)隔套(14)的上平面與固定支承座(8)的下平面固定連接，上浮止推板(6)上沿圓周方向均布設(shè)有數(shù)個(gè)第一軸向安裝孔，每個(gè)第一軸向安裝孔內(nèi)裝有一個(gè)上浮節(jié)流器(3)，壓縮空氣通過上浮節(jié)流器(3)進(jìn)入上浮止推板(6)和上浮板(5)之間的軸向間隙形成上浮氣體靜壓止推氣膜，由上浮板(5 )、上浮節(jié)流器(3 )和上浮止推板(6 )組成上浮氣體靜壓止推軸承，下浮止推板(7)上沿圓周方向均布設(shè)有數(shù)個(gè)第二軸向安裝孔，每個(gè)第二軸向安裝孔內(nèi)裝有一個(gè)下浮節(jié)流器(2)，壓縮空氣通過下浮節(jié)流器(2)進(jìn)入下浮止推板(7)和下浮板(I)之間的軸向間隙形成下浮氣體靜壓止推氣膜，由下浮板(I)、下浮節(jié)流器(2)和下浮止推板(7)組成下浮氣體靜壓止推軸承，由上浮氣體靜壓止推軸承和下浮氣體靜壓止推軸承組成閉式圓環(huán)面氣體靜壓止推軸承，徑向軸瓦(10)的內(nèi)環(huán)面設(shè)有數(shù)個(gè)徑向安裝孔，每個(gè)徑向安裝孔內(nèi)裝有一個(gè)徑向節(jié)流器(13)，壓縮空氣通過徑向節(jié)流器(13)進(jìn)入徑向軸瓦(10)和主軸(12)之間的徑向間隙形成徑向氣體靜壓支承氣膜，由徑向軸瓦(10)、主軸(12)和徑向節(jié)流器(13)組成徑向氣體靜壓軸承。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種大直徑超精密氣體靜壓回轉(zhuǎn)軸系，其特征在于上浮氣體靜壓止推氣膜間隙和下浮氣體靜壓止推軸承氣膜間隙通過研磨內(nèi)隔環(huán)(9)的上下表面，使其為負(fù)公差獲得。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種大直徑超精密氣體靜壓回轉(zhuǎn)軸系，其特征在于數(shù)個(gè)上浮節(jié)流器(3)和數(shù)個(gè)下浮節(jié)流器(2)均與第一氣路(16)連通，數(shù)個(gè)徑向節(jié)流器(13)與第二氣路(17)連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大直徑超精密氣體靜壓回轉(zhuǎn)軸系，其特征在于數(shù)個(gè)徑向節(jié)流器(13)沿徑向軸瓦(10)內(nèi)環(huán)面的兩個(gè)上下平行設(shè)置的圓周上均布設(shè)置，兩個(gè)上下平行設(shè)置的圓周相對(duì)于徑向軸瓦(10)中部的橫截面對(duì)稱設(shè)置。
全文摘要
一種大直徑超精密氣體靜壓回轉(zhuǎn)軸系，屬于超精密制造裝備技術(shù)領(lǐng)域。以滿足大尺寸KDP晶體等光學(xué)元件加工需求。數(shù)個(gè)上、下浮節(jié)流器圓周均布安裝于上、下浮止推板上，上浮板與下浮板固接，下浮止推板與固定支承座固接，上浮止推板通過內(nèi)隔環(huán)與固定支承座固接，上浮止推板和連接板置于下浮板的外、內(nèi)環(huán)形槽內(nèi)，徑向軸瓦通過連接板和內(nèi)隔套與固定支承座固接，主軸與下浮板固接，壓縮空氣經(jīng)節(jié)流器節(jié)流在上浮板和上浮止推板之間形成上浮靜壓止推氣膜，在下浮板和下浮止推板之間形成下浮靜壓止推氣膜，在徑向軸瓦與主軸之間形成徑向靜壓支承氣膜，從而形成軸向閉式氣體靜壓平面圓環(huán)止推軸承和徑向氣體靜壓圓柱軸承。本發(fā)明用于大尺寸KDP晶體等光學(xué)元件加工。
文檔編號(hào)F16C32/06GK103056397SQ20121058948
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者梁迎春, 孫雅洲, 劉海濤, 吳九達(dá) 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)