大型回轉(zhuǎn)工作臺(tái)自適應(yīng)調(diào)節(jié)靜壓支撐裝置和油膜厚度控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)床工作臺(tái)裝置領(lǐng)域，尤其涉及工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)部件的支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和靜壓油膜厚度的智能調(diào)節(jié)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]大型回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是機(jī)床行業(yè)鏜床、銑床、加工中心及齒輪加工機(jī)床等的核心功能部件，其性能指標(biāo)直接影響機(jī)床對(duì)工件的加工精度。工作臺(tái)作為轉(zhuǎn)動(dòng)件，必須通過(guò)設(shè)計(jì)合理的軸承支撐結(jié)構(gòu)來(lái)滿(mǎn)足工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性要求，從而提高機(jī)床整機(jī)的加工精度。機(jī)械球軸承是一種支撐結(jié)構(gòu)方案，但是工作臺(tái)正朝著精密重載趨勢(shì)發(fā)展，這種方式對(duì)球軸承的可靠性以及承載能力都提出了很高的要求，目前機(jī)械球軸承的技術(shù)發(fā)展已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足大型重載工作臺(tái)的應(yīng)用場(chǎng)合。目前，比較普遍采用的是類(lèi)似靜壓滑動(dòng)軸承工作原理的技術(shù)方案，即在轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)件和定子部件之間注入一定流量、一定壓力的液壓油作為工作介質(zhì)，進(jìn)而對(duì)工作臺(tái)起到支撐作用。盡管這種技術(shù)已經(jīng)工業(yè)化，但是就目前的產(chǎn)品而言，這種技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在以下兩點(diǎn)困難和實(shí)際缺陷:
I)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)件和主軸之間的間隙需要精密控制
為了保證轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和定位精度，油膜厚度即上述轉(zhuǎn)動(dòng)件和定心主軸之間的間隙值必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的理論計(jì)算得到(一般在3-4個(gè)絲左右)，并且還要通過(guò)采取合理的制造和裝配工藝確保實(shí)際間隙值與理論設(shè)計(jì)值一致。但是對(duì)于體積龐大的大型工作臺(tái)，如果要保證上述間隙要求，勢(shì)必增加制造和裝配難度。
[0003]2)對(duì)支撐介質(zhì)的油膜厚度缺少智能調(diào)節(jié)
對(duì)于工作臺(tái)，理想情況下希望油膜厚度始終保持不變，但是，當(dāng)工作臺(tái)受到的載荷變大，勢(shì)必要對(duì)支撐介質(zhì)油膜產(chǎn)生擠壓，此時(shí)油膜厚度就會(huì)發(fā)生變化，如果不采取合理措施控制油膜厚度穩(wěn)定在設(shè)計(jì)值，那么工作臺(tái)就會(huì)在載荷方向上發(fā)生位移，進(jìn)而影響整機(jī)設(shè)備的加工精度。
[0004]基于目前靜壓工作臺(tái)存在的上述不足，本發(fā)明通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及采用可自適應(yīng)調(diào)節(jié)油膜厚度的控制方案對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處進(jìn)行改進(jìn)。
[0005]在申請(qǐng)公布號(hào)CN103878600中公開(kāi)一中雙蝸桿消隙靜壓全閉環(huán)工作臺(tái)，可以消除工作臺(tái)主軸的間隙，但是其只能適用于加工精度要求較低的場(chǎng)合，而且采用圓錐面定位，定位精度無(wú)法保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于一方面為了滿(mǎn)足工作臺(tái)主軸與定心靜壓軸套之間微小間隙的苛刻要求;另一方面實(shí)現(xiàn)對(duì)靜壓油膜厚度的智能控制，提出一種改進(jìn)的結(jié)構(gòu)方案和自適應(yīng)調(diào)節(jié)油膜厚度的控制系統(tǒng)。
[0007]為達(dá)到上述目的，發(fā)明的設(shè)計(jì)方案是:大型回轉(zhuǎn)工作臺(tái)自適應(yīng)調(diào)節(jié)靜壓支撐裝置，它包括工作臺(tái)主軸，工作臺(tái)主軸上固定安裝有蝸輪，蝸輪與蝸桿構(gòu)成蝸輪蝸桿傳動(dòng)，蝸輪的下側(cè)端面固定安裝有端面導(dǎo)軌，主軸靜壓套通過(guò)螺釘與工作臺(tái)主軸連接，端面導(dǎo)軌與靜壓油腔塊相配合，靜壓油腔塊固定安裝在工作臺(tái)底座上，工作臺(tái)底座與地基固定相連，工作臺(tái)底座的中心固定安裝有定心靜壓軸套，定心靜壓軸套與主軸靜壓套相配合;所述定心靜壓軸套內(nèi)部加工有供油通道，供油通道與供油系統(tǒng)相連。
[0008]所述供油通道包括主供油口，主供油口加工在定心靜壓軸套上，主供油口與主供油管道相連通，主供油通道上依次連通有軸向供油管路和徑向供油管路。
[0009]所述靜壓油腔塊采用扇形結(jié)構(gòu)，共有12塊，通過(guò)螺釘均布安裝在工作臺(tái)底座的上端面。
[0010]所述端面導(dǎo)軌與靜壓油腔塊之間通過(guò)軸向供油管路通入液壓油對(duì)端面導(dǎo)軌及回轉(zhuǎn)部件進(jìn)行軸向支撐，其間隙為0.03-0.04mm。
[0011]所述主軸靜壓套和定心靜壓軸套的配合面通過(guò)徑向供油管路通入液壓油對(duì)主軸靜壓套及回轉(zhuǎn)部件進(jìn)行徑向支撐，其間隙為0.03-0.04_。
[0012]所述主軸靜壓套的主體采用35號(hào)結(jié)構(gòu)鋼，主軸靜壓套與定心靜壓軸套相配合的面饒鑄一層巴士合金。
[0013]—種用于自適應(yīng)調(diào)節(jié)靜壓支撐裝置的油膜厚度檢測(cè)系統(tǒng)，它包括控制器，控制器通過(guò)信號(hào)線(xiàn)與變頻電機(jī)相連，變頻電機(jī)通過(guò)信號(hào)線(xiàn)與多頭栗相連，多頭栗與供油通道的主供油口相連控制軸向供油管路和徑向供油管路的油液供給，進(jìn)而控制靜壓導(dǎo)軌的油膜厚度，靜壓導(dǎo)軌的頂部設(shè)置有工作臺(tái)，工作臺(tái)安裝在工作臺(tái)主軸的頂面，在工作臺(tái)上安裝有電渦流位移傳感器，電渦流位移傳感器的信號(hào)輸出端與控制器信號(hào)輸入端相連。
[0014]—種采用油膜厚度檢測(cè)系統(tǒng)控制自適應(yīng)調(diào)節(jié)靜壓支撐裝置油膜厚度的方法，首先，通過(guò)電渦流位移傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作臺(tái)軸向位移的變化情況，工作臺(tái)主軸每轉(zhuǎn)45°，電渦流位移傳感器讀取位移量一次，每轉(zhuǎn)360°就會(huì)讀取8次位移信號(hào)，取8次信號(hào)的平均值，將平均值作為工作臺(tái)的下降量，將下降量反饋到信號(hào)輸入端，控制器生成變頻電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而改變多頭栗的流量，控制供油通道的供油量，進(jìn)而調(diào)節(jié)油膜厚度，經(jīng)過(guò)不斷反復(fù)的反饋調(diào)整后使得油膜厚度處于理想的狀態(tài)，形成一個(gè)完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)。
[0015]發(fā)明有如下有益效果:
1、通過(guò)在原有的工作臺(tái)主軸上安裝主軸靜壓套能夠保證工作臺(tái)主軸的面A與定心靜壓軸套間隙在0.03-0.04mm的范圍內(nèi)，而傳統(tǒng)的方法很難保證其間隙，因?yàn)閷?duì)于大型回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，工作臺(tái)主軸I不僅體積龐大而且質(zhì)量重，一方面在加工過(guò)程中不容易滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，而且在裝配過(guò)程中，對(duì)工作臺(tái)主軸I在0.0lmm數(shù)量級(jí)上的微小位移調(diào)整也是極其困難的，所以本發(fā)明單獨(dú)設(shè)計(jì)了主軸靜壓套3，只要保證主軸靜壓套3的面B與定心靜壓軸套7間隙在0.03-0.04mm的范圍內(nèi)即可。
[0016]2、通過(guò)采用35號(hào)結(jié)構(gòu)鋼作為主軸靜壓套3的本體，在需要和油膜接觸的內(nèi)表面，通過(guò)澆鑄工藝增加了一層巴士合金，能夠提高主軸靜壓套的使用壽命和耐磨性。
[0017]3、通過(guò)采用油膜厚度檢測(cè)系統(tǒng)，能夠時(shí)時(shí)檢測(cè)工作臺(tái)主軸的軸向位移信號(hào)，進(jìn)而將軸向位移信號(hào)反饋到控制器，通過(guò)控制器反向控制靜壓支撐的供油，重新調(diào)整油膜厚度，進(jìn)而形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，提高了控制精度。
[0018]4、所采用的電渦流位移傳感器具有精度高的特點(diǎn)，能夠及時(shí)精測(cè)位移信號(hào)并反饋到控制器。
[0019]5、通過(guò)安裝主軸靜壓套，直徑只有1.45米，重量只有1.5噸，這樣就可以通過(guò)對(duì)定心靜壓軸套的制造和裝配進(jìn)行控制，進(jìn)而滿(mǎn)足油膜間隙的設(shè)計(jì)要求，相比傳統(tǒng)的方式，通過(guò)這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn)，大大地降低了制造和裝配難度，也提高了整個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)的精度。
[0020]6、通過(guò)油膜厚度檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)油膜厚度的變化能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)，并能通過(guò)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)油栗流量，使油膜厚度始終保持在最佳范圍內(nèi)。
【附圖說(shuō)明】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0022]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明的主軸靜壓套結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3為本發(fā)明的油膜厚度檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖4為本發(fā)明的油膜厚度檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理圖。
[0026]圖中:工作臺(tái)主軸1、蝸輪2、主軸靜壓套3、端面導(dǎo)軌4、工作臺(tái)底座5、靜壓油腔塊6、定心靜壓軸套7、蝸桿8、主供油口 9、軸向供油管路10、徑向供油管路11、巴士合金12、控制器13、變頻電機(jī)14、多頭栗15、靜壓導(dǎo)軌16、工作臺(tái)17、電渦流位移傳感器18。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明的實(shí)施方式做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0028]實(shí)施例1:
參見(jiàn)圖1-2，大型回轉(zhuǎn)工作臺(tái)自適應(yīng)調(diào)節(jié)靜壓支撐裝置，它包括工作臺(tái)主軸1，工作臺(tái)主軸I上固定安裝有蝸輪2，蝸輪2與蝸桿8構(gòu)成蝸輪蝸桿傳動(dòng)，蝸輪2的下側(cè)端面固定安裝有端面導(dǎo)軌4，主軸靜壓套3通過(guò)螺釘與工作臺(tái)主軸I連接，端面導(dǎo)軌4與靜壓油腔塊6相配合，靜壓油腔塊6固定安裝在工作臺(tái)底座5上，工作臺(tái)底座5與地基固定相連，工作臺(tái)底座5的中心固定安裝有定心靜壓軸套7，定心靜壓軸套7與主軸靜壓套3相配合;所述定心靜壓軸套7內(nèi)部加工有供油通道，供油通道與供油系統(tǒng)相連。
[0029]進(jìn)一步的，所述供油通道包括主供油口9，主供油口 9加工在定心靜壓軸套7上，主供油口 9與主供油管道相連通，主供油通道上依次連通有軸向供油管路10和徑向供油管路
Ilo
[0030]進(jìn)一步的，所述靜壓油腔塊6采用扇形結(jié)構(gòu)，共有12塊，通過(guò)螺釘均布安裝在工作臺(tái)底座5的上端面。
[0031]進(jìn)一步的，所述端面導(dǎo)軌4與靜壓油腔塊6之間通過(guò)軸向供油管路10通入液壓油對(duì)端面導(dǎo)軌4及回轉(zhuǎn)部件進(jìn)行軸向支撐，其間隙為0.03-0.04_。
[0032]進(jìn)一步的，所述主軸靜壓套3和定心靜壓軸套7的配合面通過(guò)徑向供油管路11通入液壓油對(duì)主軸靜壓套3及回轉(zhuǎn)部件進(jìn)行徑向支撐，其間隙為0.03-0.04_。
[0033]進(jìn)一步的，所述主軸靜壓套3的主體采用35號(hào)結(jié)構(gòu)鋼，主軸靜壓套3與定心靜壓軸套7相配合的面澆鑄一層巴士合金12。
[0034]進(jìn)一步的，如果沒(méi)有本發(fā)明中的主軸靜壓套3，要保證工作臺(tái)主軸I的面A與定心靜壓軸套7間隙在0.03-0.04mm的范圍內(nèi)是非常困難的，因?yàn)閷?duì)于大型回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，工作臺(tái)主軸I不僅體積龐大而且質(zhì)量重，一方面在加工過(guò)程中不容易滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，而