專利名稱：超精密電液伺服控制的動靜壓軸承與進(jìn)給機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明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)動精度的超精密電 液伺服控制的動靜壓軸承與進(jìn)給機(jī)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)的動靜壓軸承己不能滿足需要，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)。同時在超精密加工中， 需要0. 0001 0. OOOOOlram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)'l， 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， 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，會在外力F的作用下產(chǎn)生一個微小位移e (見圖2)， 使下油腔7的間隙從h。變小為h。一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，其產(chǎn)生的反作用力與外力F平衡時，主軸4就停止在一個新的位置。 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. OOOOlram或更高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種能夠提高主軸的轉(zhuǎn)動精度的超 精密電液伺服控制的動靜壓軸承與進(jìn)給機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是 一種超精密電液伺 服控制的動靜壓軸承與進(jìn)給機(jī)構(gòu)，包括有分別通過8個小孔節(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)置有均布的四個承壓槽和四個回油槽，動靜壓軸承套的四 個承壓槽由所述第一供油系統(tǒng)通過四個節(jié)流器供油，所述定心動靜壓軸承套的垂直方向 的兩個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。
所述的主供油系統(tǒng)與第二供油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同。
本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是 一種超精密電液伺服控制的動靜壓軸承與進(jìn)給機(jī) 構(gòu)，包括有分別通過8個小孔節(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 個均布承壓槽和六個回油槽，每對承壓槽均由一個電液伺服閥控制供油，共有三個電液 伺服閥分別對三對承壓槽進(jìn)行供油控制，三個電液伺服閥均由第二供油系統(tǒng)供油，三個 電液伺服閥結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同，六個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個電容位移傳感器，所述的3個 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。
本發(fā)明的超精密電液伺服控制的動靜壓軸承與進(jìn)給機(jī)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. 本發(fā)明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，即本發(fā)明可作為超精密進(jìn)給機(jī)構(gòu)使用；
4. 本發(fā)明可以不使用動平衡裝置就可實現(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2是圖1中主軸受到外載荷的作用時的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明的動靜壓軸承與進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明的動靜壓軸承與進(jìn)給機(jī)構(gòu)的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中的標(biāo)號分別是-
l一第一供油系統(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；9一上油腔；IO""第二放大器；11— 動靜壓軸承套；12—承壓槽；13—回油槽；14一油箱；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一后定心靜壓軸承。
具體實施例方式
為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖 詳細(xì)說明本發(fā)明的超精密電液伺服控制的動靜壓軸承與進(jìn)給機(jī)構(gòu)如下
如圖3所示，本發(fā)明的超精密電液伺服控制的動靜壓軸承與進(jìn)給機(jī)構(gòu)，包括有分別
通過8個小孔節(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)置有均布的四個大小一致的承壓槽12和四個回油槽13，動靜壓 軸承套11的四個承壓槽12由所述第一供油系統(tǒng)1通過四個節(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上的兩個通過電液伺服閥15供油的承 壓槽12中的一個設(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所示為超精密電液伺服控制的動靜壓軸承與進(jìn)給機(jī)構(gòu)第二實施例，這一實施例 的后軸承套11和靜壓止推軸承套6與實施例1完全相同，未在圖4中表示(可以參考圖 3)，圖4中只顯示了與實施例1不同的前軸承套8。第二實施例的超精密電液伺服控制的動靜壓軸承與進(jìn)給機(jī)構(gòu)，包括有分別通過8個小孔節(jié)流器2向主軸機(jī)構(gòu)3供油的第一 供油系統(tǒng)l;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個均布承壓槽12和六個回油槽 13，每對承壓槽12均由一個電液伺服閥15控制供油，共有三個電液伺服閥分別對三對 承壓槽12進(jìn)行供油控制，三個電液伺服閥均由第二供油系統(tǒng)16供油，三個電液伺服閥 結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同，六個回油槽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個電容位移傳感器17，所 述的3個電容位移傳感器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還接收巳設(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。
本發(fā)明所使用的電容位移傳感器17的分辨率可高達(dá)lmn。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，主軸4的移動在只有l(wèi)rim時就被電容位移傳感 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(1 nm)就停下來， 而此時的偏心量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
1.一種超精密電液伺服控制的動靜壓軸承與進(jìn)給機(jī)構(gòu)，包括有分別通過8個小孔節(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)置有均布的四個承壓槽(12)和四個回油槽(13)，動靜壓軸承套(11)的四個承壓槽(12)由所述第一供油系統(tǒng)(1)通過四個節(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所述的超精密電液伺服控制的動靜壓軸承與進(jìn)給機(jī)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所述的超精密電液伺服控制的動靜壓軸承與進(jìn)給機(jī)構(gòu)，其特征是 所述的主供油系統(tǒng)(1)與第二供油系統(tǒng)(16)結(jié)構(gòu)相同。
4. 一種超精密電液伺服控制的動靜壓軸承與進(jìn)給機(jī)構(gòu)，包括有分別通過8個小孔節(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 個均布承壓槽(12)和六個回油槽(13)，每對承壓槽(12)均由一個電液伺服閥(15) 控制供油，共有三個電液伺服閥分別對三對承壓槽(12)進(jìn)行供油控制，三個電液伺服 閥均由第二供油系統(tǒng)(16)供油，三個電液伺服閥結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同，六個回油槽(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所述的超精密電液伺服控制的動靜壓軸承與進(jìn)給機(jī)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1個電容位移傳感器(17)， 所述的3個電容位移傳感器(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。
全文摘要
一種超精密電液伺服控制的動靜壓軸承與進(jìn)給機(jī)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。本發(fā)明旋轉(zhuǎn)精度高，剛性更高，抗振性好。
文檔編號B23B19/02GK101586626SQ200910069650
公開日2009年11月25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