大型回轉工作臺自適應調節(jié)靜壓支撐裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及大型回轉工作臺自適應調節(jié)靜壓支撐裝置，它包括工作臺主軸，工作臺主軸上固定安裝有蝸輪，蝸輪與蝸桿構成蝸輪蝸桿傳動，蝸輪的下側端面固定安裝有端面導軌，主軸靜壓套通過螺釘與工作臺主軸連接，端面導軌與靜壓油腔塊相配合，靜壓油腔塊固定安裝在工作臺底座上，工作臺底座與地基固定相連，工作臺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部加工有供油通道，供油通道與供油系統相連。一方面滿足工作臺主軸與定心靜壓軸套之間微小間隙的苛刻要求；另一方面實現對靜壓油膜厚度的智能控制。
【專利說明】
大型回轉工作臺自適應調節(jié)靜壓支撐裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及機床工作臺裝置領域，尤其涉及工作臺旋轉部件的支撐結構設計和靜壓油膜厚度的智能調節(jié)裝置。
【背景技術】
[0002]大型回轉工作臺是機床行業(yè)鏜床、銑床、加工中心及齒輪加工機床等的核心功能部件，其性能指標直接影響機床對工件的加工精度。工作臺作為轉動件，必須通過設計合理的軸承支撐結構來滿足工作臺運動穩(wěn)定性要求，從而提高機床整機的加工精度。機械球軸承是一種支撐結構方案，但是工作臺正朝著精密重載趨勢發(fā)展，這種方式對球軸承的可靠性以及承載能力都提出了很高的要求，目前機械球軸承的技術發(fā)展已經遠遠不能滿足大型重載工作臺的應用場合。目前，比較普遍采用的是類似靜壓滑動軸承工作原理的技術方案，即在轉臺轉動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，進而對工作臺起到支撐作用。盡管這種技術已經工業(yè)化，但是就目前的產品而言，這種技術在實際應用過程中存在以下兩點困難和實際缺陷:
[0003]I)工作臺轉動件和主軸之間的間隙需要精密控制
[0004]為了保證轉臺的運動平穩(wěn)性和定位精度，油膜厚度即上述轉動件和定心主軸之間的間隙值必須經過嚴格的理論計算得到(一般在3-4個絲左右)，并且還要通過采取合理的制造和裝配工藝確保實際間隙值與理論設計值一致。但是對于體積龐大的大型工作臺，如果要保證上述間隙要求，勢必增加制造和裝配難度。
[0005]2)對支撐介質的油膜厚度缺少智能調節(jié)
[0006]對于工作臺，理想情況下希望油膜厚度始終保持不變，但是，當工作臺受到的載荷變大，勢必要對支撐介質油膜產生擠壓，此時油膜厚度就會發(fā)生變化，如果不采取合理措施控制油膜厚度穩(wěn)定在設計值，那么工作臺就會在載荷方向上發(fā)生位移，進而影響整機設備的加工精度。
[0007]基于目前靜壓工作臺存在的上述不足，本實用新型通過合理的結構設計以及采用可自適應調節(jié)油膜厚度的控制方案對現有技術的不足之處進行改進。
[0008]在申請公布號CN103878600中公開一中雙蝸桿消隙靜壓全閉環(huán)工作臺，可以消除工作臺主軸的間隙，但是其只能適用于加工精度要求較低的場合，而且采用圓錐面定位，定位精度無法保證。
【實用新型內容】
[0009]本實用新型的目的在于一方面為了滿足工作臺主軸與定心靜壓軸套之間微小間隙的苛刻要求;另一方面實現對靜壓油膜厚度的智能控制，提出一種改進的結構方案和自適應調節(jié)油膜厚度的控制系統。
[0010]為達到上述目的，實用新型的設計方案是:大型回轉工作臺自適應調節(jié)靜壓支撐裝置，它包括工作臺主軸，工作臺主軸上固定安裝有蝸輪，蝸輪與蝸桿構成蝸輪蝸桿傳動，蝸輪的下側端面固定安裝有端面導軌，主軸靜壓套通過螺釘與工作臺主軸連接，端面導軌與靜壓油腔塊相配合，靜壓油腔塊固定安裝在工作臺底座上，工作臺底座與地基固定相連，工作臺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部加工有供油通道，供油通道與供油系統相連。
[0011 ]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，主供油口與供油管道相連通，供油通道上依次連通有軸向供油管路和徑向供油管路。
[0012]所述靜壓油腔塊采用扇形結構，共有12塊，通過螺釘均布安裝在工作臺底座的上端面。
[0013]所述端面導軌與靜壓油腔塊之間通過軸向供油管路通入液壓油對端面導軌及回轉部件進行軸向支撐，其間隙為0.03-0.04mm。
[0014]所述主軸靜壓套和定心靜壓軸套的配合面通過徑向供油管路通入液壓油對主軸靜壓套及回轉部件進行徑向支撐，其間隙為0.03-0.04_。
[0015]所述主軸靜壓套的主體采用35號結構鋼，主軸靜壓套與定心靜壓軸套相配合的面澆鑄一層巴士合金。
[0016]實用新型有如下有益效果:
[0017]1、通過在原有的工作臺主軸上安裝主軸靜壓套能夠保證工作臺主軸的面A與定心靜壓軸套間隙在0.03-0.04mm的范圍內，而傳統的方法很難保證其間隙，因為對于大型回轉工作臺，工作臺主軸I不僅體積龐大而且質量重，一方面在加工過程中不容易滿足設計要求，而且在裝配過程中，對工作臺主軸I在0.0lmm數量級上的微小位移調整也是極其困難的，所以本實用新型單獨設計了主軸靜壓套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的范圍內即可。
[0018]2、通過采用35號結構鋼作為主軸靜壓套3的本體，在需要和油膜接觸的內表面，通過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。
[0019]3、通過采用油膜厚度檢測系統，能夠時時檢測工作臺主軸的軸向位移信號，進而將軸向位移信號反饋到控制器，通過控制器反向控制靜壓支撐的供油，重新調整油膜厚度，進而形成閉環(huán)控制系統，提高了控制精度。
[0020]4、所采用的電渦流位移傳感器具有精度高的特點，能夠及時精測位移信號并反饋到控制器。
[0021]5、通過安裝主軸靜壓套，直徑只有1.45米，重量只有1.5噸，這樣就可以通過對定心靜壓軸套的制造和裝配進行控制，進而滿足油膜間隙的設計要求，相比傳統的方式，通過這種結構設計的改進，大大地降低了制造和裝配難度，也提高了整個轉臺的精度。
[0022]6、通過油膜厚度檢測系統對油膜厚度的變化能夠實時監(jiān)測，并能通過控制系統調節(jié)油栗流量，使油膜厚度始終保持在最佳范圍內。
【附圖說明】
[0023]下面結合附圖和實施例對實用新型作進一步說明。
[0024]圖1為本實用新型的整體結構示意圖。
[0025]圖2為本實用新型的主軸靜壓套結構示意圖。
[0026]圖3為本實用新型的油膜厚度檢測系統的工作原理圖。
[0027]圖中:工作臺主軸1、蝸輪2、主軸靜壓套3、端面導軌4、工作臺底座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14、多頭栗15、靜壓導軌16、工作臺17、電渦流位移傳感器18。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖對實用新型的實施方式做進一步的說明。
[0029]實施例1:
[0030]參見圖1-2，大型回轉工作臺自適應調節(jié)靜壓支撐裝置，它包括工作臺主軸I，工作臺主軸I上固定安裝有蝸輪2，蝸輪2與蝸桿8構成蝸輪蝸桿傳動，蝸輪2的下側端面固定安裝有端面導軌4，主軸靜壓套3通過螺釘與工作臺主軸I連接，端面導軌4與靜壓油腔塊6相配合，靜壓油腔塊6固定安裝在工作臺底座5上，工作臺底座5與地基固定相連，工作臺底座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內部加工有供油通道，供油通道與供油系統相連。
[0031 ]進一步的，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與供油管道相連通，供油通道上依次連通有軸向供油管路10和徑向供油管路11。
[0032]進一步的，所述靜壓油腔塊6采用扇形結構，共有12塊，通過螺釘均布安裝在工作臺底座5的上端面。
[0033]進一步的，所述端面導軌4與靜壓油腔塊6之間通過軸向供油管路10通入液壓油對端面導軌4及回轉部件進行軸向支撐，其間隙為0.03-0.04_。
[0034]進一步的，所述主軸靜壓套3和定心靜壓軸套7的配合面通過徑向供油管路11通入液壓油對主軸靜壓套3及回轉部件進行徑向支撐，其間隙為0.03-0.04_。
[0035]進一步的，所述主軸靜壓套3的主體采用35號結構鋼，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。
[0036]進一步的，如果沒有本實用新型中的主軸靜壓套3，要保證工作臺主軸I的面A與定心靜壓軸套7間隙在0.03-0.04_的范圍內是非常困難的，因為對于大型回轉工作臺，工作臺主軸I不僅體積龐大而且質量重，一方面在加工過程中不容易滿足設計要求，而且在裝配過程中，對工作臺主軸I在0.0lmm數量級上的微小位移調整也是極其困難的，所以本實用新型單獨設計了主軸靜壓套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的范圍內即可，為了達到這個要求，一方面要控制好對主軸靜壓套3的加工精度，使其滿足設計要求；另一方面在裝配主軸靜壓套3的過程中，還要保證裝配精度。上述兩點要求對于體積相對小、質量相對輕的主軸靜壓套3而言，都是較為容易實現的。為了提高主軸靜壓套3的使用壽命和耐磨性，本實用新型采用雙金屬的工藝設計，即采用35號結構鋼作為主軸靜壓套3的本體，在需要和油膜接觸的內表面，通過澆鑄工藝增加了一層巴士合金。
[0037]實施例2:
[0038]如圖3，一種用于自適應調節(jié)靜壓支撐裝置的油膜厚度檢測系統，它包括控制器13，控制器13通過信號線與變頻電機14相連，變頻電機14通過信號線與多頭栗15相連，多頭栗15與供油通道的主供油口 9相連控制軸向供油管路10和徑向供油管路11的油液供給，進而控制靜壓導軌16的油膜厚度，靜壓導軌16的頂部設置有工作臺17，工作臺17安裝在工作臺主軸I的頂面，在工作臺17上安裝有電渦流位移傳感器18，電渦流位移傳感器18的信號輸出端與控制器13信號輸入端相連。
[0039]實施例3:
[0040]為了實現對油膜厚度的實時監(jiān)測和控制，本實用新型利用電渦流位移傳感器，實時監(jiān)測工作臺面在軸向位移的變化情況，一種采用油膜厚度檢測系統控制自適應調節(jié)靜壓支撐裝置油膜厚度的方法，首先，通過電渦流位移傳感器18實時監(jiān)測工作臺17軸向位移的變化情況，工作臺主軸I每轉45°，電渦流位移傳感器18讀取位移量一次，每轉360°就會讀取8次位移信號，取8次信號的平均值，將平均值作為工作臺的下降量，將下降量反饋到信號輸入端，控制器生成變頻電機的驅動信號，從而改變電機轉速，進而改變多頭栗的流量，控制供油通道的供油量，進而調節(jié)油膜厚度，經過不斷反復的反饋調整后使得油膜厚度處于理想的狀態(tài)，形成一個完整的閉環(huán)控制系統。
[0041]詳細的控制流程為:油膜的測量采用高精度的電渦流位移傳感器18，測量到位移的變化A h之后將輸出模擬量電流信號i，并把信號傳遞給控制器，由控制器將信號轉化為多頭栗電機的驅動信號U，繼而改變電機的轉速ω，多頭栗接得到變頻電機的轉速信號后，相應的調節(jié)多頭栗的流量Q，靜壓導軌產生相應的液壓抵消施加在工作臺上的載荷△ W，最后使得油膜厚度在最優(yōu)范圍之內，形成一個完整的閉環(huán)控制系統模型。
[0042]本實用新型的具體工作過程和工作原理為:
[0043]靜壓回轉工作臺主要包括轉動體組件和固定體組件兩部分，其中，轉動體組件包括:工作臺主軸、蝸輪、主軸靜壓套、端面導軌；固定體組件包括:工作臺底座、靜壓油腔塊、定心靜壓軸套。為了實現油膜厚度根據負載變化智能調節(jié)，通過安裝電渦流位移傳感器實時監(jiān)測工作臺面的位移變化，這里工作臺面位移的變化就間接反映了油膜厚度的變化，將傳感器采集到的位移變化信號作為控制系統的輸入信號，由控制系統發(fā)出指令調節(jié)油栗電機的轉速，即調節(jié)油栗的輸出流量，直至受載荷變化的油膜厚度恢復到設計值，經過上述閉環(huán)控制實現油膜厚度隨載荷變化的自適應調節(jié)。
[0044]工作臺回轉動作的動力源是電機，電機帶動蝸桿轉動，蝸桿通過與蝸輪嚙合帶動蝸輪轉動，蝸輪與工作臺主軸固定連接，實現工作臺的回轉運動;對轉動組件的支撐分為徑向和軸向兩個方向的支撐，在軸向方向上，靜壓油腔塊與端面導軌之間的靜壓油膜對回轉工作臺的轉動組件起到了軸向支撐作用，其中端面導軌是固定在蝸輪上面并隨其一起轉動的，在圓周方向均勻分布12塊扇形靜壓油腔塊固定在工作臺底座上，是固定不動的；在徑向方向上，以定心靜壓軸套作為軸向中心的定位基準，固定在工作臺主軸上的主軸靜壓套與定心靜壓軸套之間留有0.03-0.04mm的間隙，因為在這個范圍內的油膜厚度才能保證對工作臺轉動組件的徑向支撐最穩(wěn)定，但是對于大型工作臺而言，從制造和裝配方面，要控制這個間隙值是非常困難的，如果沒有本實用新型中單獨設計的主軸靜壓套，為了保證上述間隙值，一方面要精確控制外徑2.5米的工作臺主軸內孔加工精度，除此之外，在裝配的時候還要對重達將近8噸重的工作臺主軸的精確定位，只有做到上述兩點才能非常精準的控制油膜間隙在0.03-0.04mm的范圍內，顯然要做到上述兩點，是非常困難的。因此本實用新型單獨設計了一個定心靜壓軸套，它是安裝在工作臺主軸上的，直徑只有1.45米，重量只有1.5噸，這樣就可以通過對定心靜壓軸套的制造和裝配進行控制，進而滿足油膜間隙的設計要求，相比傳統的方式，通過這種結構設計的改進，大大地降低了制造和裝配難度，也提高了整個轉臺的精度。
[0045]結合附圖對實用新型的實施方式作了詳細說明，但是實用新型并不限于上述實施方式。技術人員均可在不違背實用新型的創(chuàng)新點及操作步驟，在權利要求保護范圍內，對上述實施例進行修改。實用新型的保護范圍，應如實用新型的權利要求書覆蓋。
【主權項】
1.大型回轉工作臺自適應調節(jié)靜壓支撐裝置，它包括工作臺主軸(I)，工作臺主軸(I)上固定安裝有蝸輪(2)，蝸輪(2)與蝸桿(8)構成蝸輪蝸桿傳動，其特征在于:蝸輪(2)的下側端面固定安裝有端面導軌(4)，主軸靜壓套(3)通過螺釘與工作臺主軸(I)連接，端面導軌(4)與靜壓油腔塊(6)相配合，靜壓油腔塊(6)固定安裝在工作臺底座(5)上，工作臺底座(5)與地基固定相連，工作臺底座(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)內部加工有供油通道，供油通道與供油系統相連。2.根據權利要求1所述的大型回轉工作臺自適應調節(jié)靜壓支撐裝置，其特征在于: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)與供油管道相連通，供油通道上依次連通有軸向供油管路(10)和徑向供油管路(11)。3.根據權利要求1所述的大型回轉工作臺自適應調節(jié)靜壓支撐裝置，其特征在于:所述靜壓油腔塊(6)采用扇形結構，共有12塊，通過螺釘均布安裝在工作臺底座(5)的上端面。4.根據權利要求1所述的大型回轉工作臺自適應調節(jié)靜壓支撐裝置，其特征在于:所述端面導軌(4)與靜壓油腔塊(6)之間通過軸向供油管路(10)通入液壓油對端面導軌(4)及回轉部件進行軸向支撐，其間隙為0.03-0.04mm。5.根據權利要求1所述的大型回轉工作臺自適應調節(jié)靜壓支撐裝置，其特征在于:所述主軸靜壓套(3)和定心靜壓軸套(7)的配合面通過徑向供油管路(11)通入液壓油對主軸靜壓套(3)及回轉部件進行徑向支撐，其間隙為0.03-0.04_。6.根據權利要求1所述的大型回轉工作臺自適應調節(jié)靜壓支撐裝置，其特征在于:所述主軸靜壓套(3)的主體采用35號結構鋼，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)。
【文檔編號】B23Q11/00GK205552014SQ201620288121
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月8日
【發(fā)明人】唐兆慶, 吳震宇, 王偉, 丁國龍, 嚴雙平
【申請人】宜昌長機科技有限責任公司