專利名稱：無軸高精度靜壓數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超精密機(jī)床應(yīng)用的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，具體涉及一種無軸高精度靜 壓數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺。
背景技術(shù)：
在四軸或五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床中，工件回轉(zhuǎn)工作臺要求實(shí)現(xiàn)0 360°的連續(xù)回轉(zhuǎn)， 對于大型數(shù)控機(jī)床，工件回轉(zhuǎn)工作臺還要求具有較大的額定轉(zhuǎn)矩，以保證其能承受自身及 工件的載荷并具有良好的動態(tài)性能。傳統(tǒng)的工件回轉(zhuǎn)工作臺主要采用伺服電機(jī)配合齒輪減速機(jī)構(gòu)的驅(qū)動方式，由于齒 輪減速機(jī)構(gòu)存在傳動間隙，很難適應(yīng)精密機(jī)床對回轉(zhuǎn)工作臺精度的要求?，F(xiàn)有精密工件回 轉(zhuǎn)工作臺通常采用兩種驅(qū)動方式，一種是采用伺服電機(jī)配合精密蝸輪蝸桿副，另一種是采 用直接驅(qū)動力矩電機(jī)，現(xiàn)有設(shè)計方案中，這兩種方式都是通過主軸將動力傳遞給工作臺臺 面的，主軸由軸承支撐定位，為保證其回轉(zhuǎn)精度，要求主軸與軸承配合的圓柱面具有很高的 圓柱度和同軸度，同時要求軸承的定位軸肩與所述配合圓柱面具有很高的垂直度，尤其是 采用靜壓軸承時，所述圓柱度、同軸度和垂直度的高低將直接影響氣隙或油膜的厚度，進(jìn)而 影響軸承的剛度和主軸的回轉(zhuǎn)精度。在高精度回轉(zhuǎn)工作臺中，上述精度要求對主軸的加工 及軸系的裝配提出了很高的要求，一方面增加了其制造成本，另一方面在一定程度上制約 了回轉(zhuǎn)工作臺向更高精度的發(fā)展。北京東華精機(jī)高新技術(shù)有限公司的張向陽等人在其產(chǎn)品DHM-500中設(shè)計了一種 靜壓轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)，該轉(zhuǎn)臺采用伺服電機(jī)驅(qū)動，采用半球面靜壓軸承和止推軸承組合支撐的方 式。半球面靜壓軸承相對圓柱靜壓軸承的加工工藝較為復(fù)雜，徑向剛度較小，該轉(zhuǎn)臺的電機(jī) 轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)子之間通過傳動軸連接，如前所述，傳動軸所設(shè)計的各項加工和裝配精度給 轉(zhuǎn)臺的加工和裝配增加了難度，另外，該轉(zhuǎn)臺共采用18個油腔，調(diào)整起來也較為復(fù)雜。(參 見《納米技術(shù)與精密工程》，2004年，第2卷，第1期，第54 58頁)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠降低回轉(zhuǎn)工作臺各零件的加工和裝配調(diào)整難度， 提高回轉(zhuǎn)工作臺的精度，同時具有結(jié)構(gòu)緊湊、慣量小、動態(tài)性能好及剛性好的無軸高精度靜 壓數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括回轉(zhuǎn)工作臺固定板以及安裝在 回轉(zhuǎn)工作臺固定板上端的軸承定子，其特點(diǎn)是，軸承定子的內(nèi)側(cè)設(shè)置有軸承徑向支撐，軸承 軸向上支撐和軸承軸向下支撐分別安裝在軸承徑向支撐的上、下兩端面上，且軸承軸向下 支撐位于回轉(zhuǎn)工作臺固定板的內(nèi)側(cè)，在軸承定子上端還設(shè)置有分油環(huán)蓋板，回轉(zhuǎn)工作臺固 定板下端安裝有電機(jī)定子固定件，電機(jī)定子固定件內(nèi)側(cè)安裝有電機(jī)定子，電機(jī)定子的外圓 與電機(jī)定子固定件的內(nèi)孔配合，電機(jī)定子的軸向由電機(jī)定子固定件的法蘭端面定位并與之 固定，電機(jī)轉(zhuǎn)子固定件安裝在軸承軸向下支撐的下端，電機(jī)轉(zhuǎn)子固定件的內(nèi)側(cè)設(shè)置有電機(jī)轉(zhuǎn)子，電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)孔與電機(jī)轉(zhuǎn)子固定件的外圓配合，電機(jī)轉(zhuǎn)子的軸向由電機(jī)轉(zhuǎn)子固定件的 定位臺階定位并與之固定，電機(jī)腔蓋板安裝在電機(jī)定子固定件的下端，旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在 電機(jī)轉(zhuǎn)子固定件下端；回轉(zhuǎn)工作臺臺面安裝在軸承軸向上支撐的上端。本發(fā)明的另一特點(diǎn)是分油環(huán)蓋板與軸承定子之間還設(shè)置有軸承定子密封墊片； 電機(jī)定子固定件與回轉(zhuǎn)工作臺固定板兩者之間采用氣封和密封圈雙重密封方式；回轉(zhuǎn)工作 臺固定板可直接安裝在機(jī)床的滑動工作臺滑塊上或機(jī)床床身上，還可在回轉(zhuǎn)工作臺固定板 的左右兩側(cè)設(shè)置油腔，使回轉(zhuǎn)工作臺固定板成為靜壓直線滑臺的滑塊，使該回轉(zhuǎn)工作臺成 為滑動及回轉(zhuǎn)功能一體化工作臺。采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明無軸高精度靜壓數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺改變了現(xiàn)有的主軸轉(zhuǎn) 動設(shè)計方案，采用中空無軸結(jié)構(gòu)，采用直驅(qū)電機(jī)驅(qū)動，將工作臺臺面及電機(jī)轉(zhuǎn)子分別直接安 裝在液體靜壓軸承的軸承轉(zhuǎn)子上，有效的降低了回轉(zhuǎn)工作臺主要零件的加工和裝配調(diào)整難 度，保證了回轉(zhuǎn)工作臺的精度和剛度，該回轉(zhuǎn)工作臺還配合采用旋轉(zhuǎn)編碼器反饋和計算機(jī) 數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn)方式。該回轉(zhuǎn)工作臺還可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺滑臺一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計，具有結(jié)構(gòu)緊湊、 慣量小、動態(tài)性能好及剛性好的特點(diǎn)。所述回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計定位精度可達(dá)3. 5角秒，重復(fù) 定位精度可達(dá)1角秒，分辨率可達(dá)0.5角秒，徑向剛度可大于4000N/μ m，軸向剛度可大于 30000N/ymo


圖1為本發(fā)明回轉(zhuǎn)工作臺的軸向剖視圖；圖2為本發(fā)明回轉(zhuǎn)工作臺拆去回轉(zhuǎn)工作臺臺面后的俯視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。參見圖1，本發(fā)明包括回轉(zhuǎn)工作臺以及安裝在回轉(zhuǎn)工作臺固定板5上端的軸承定 子4，軸承軸向上支撐15和軸承軸向下支撐13分別安裝在軸承徑向支撐14的上、下兩端面 上，且軸承軸向下支撐13位于回轉(zhuǎn)工作臺固定板5的內(nèi)側(cè)，軸承軸向上支撐15、軸承軸向下 支撐13和軸承徑向支撐14三者組成軸承轉(zhuǎn)子，與軸承定子4配合形成液體靜壓軸承油膜， 分油環(huán)蓋板2安裝在軸承定子4上端，兩者之間需采用密封墊片3密封；電機(jī)定子固定件6 安裝在回轉(zhuǎn)工作臺固定板5下端，兩者之間采用氣封和密封圈12雙重密封方式，電機(jī)定子7 外圓與電機(jī)定子固定件6的內(nèi)孔配合，其軸向由電機(jī)定子固定件6的法蘭端面定位并與之 固定，電機(jī)轉(zhuǎn)子固定件10安裝在軸承軸向下支撐13的下端，電機(jī)轉(zhuǎn)子11內(nèi)孔與電機(jī)轉(zhuǎn)子 固定件10的外圓配合，其軸向由電機(jī)轉(zhuǎn)子固定件10的定位臺階定位并與之固定，電機(jī)腔蓋 板9安裝在電機(jī)定子固定件6的下端，旋轉(zhuǎn)編碼器8安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)子固定件10下端；回轉(zhuǎn) 工作臺臺面1安裝在軸承軸向上支撐15的上端。本發(fā)明的回轉(zhuǎn)工作臺固定板5可直接安裝在機(jī)床的滑動工作臺滑塊上或機(jī)床床 身上，還可在回轉(zhuǎn)工作臺固定板5的左右兩側(cè)設(shè)置油腔，使回轉(zhuǎn)工作臺固定板5成為靜壓直 線滑臺的滑塊，使該回轉(zhuǎn)工作臺成為滑動及回轉(zhuǎn)功能一體化工作臺。本發(fā)明可應(yīng)用于四軸或五軸聯(lián)動高精度數(shù)控機(jī)床，尤其可應(yīng)用于所述四軸或五軸聯(lián)動高精度數(shù)控機(jī)床的工件回轉(zhuǎn)工作臺。采用中空無軸結(jié)構(gòu)，采用直驅(qū)電機(jī)驅(qū)動，將工作臺臺面及電機(jī)轉(zhuǎn)子分別直接安裝在液體靜壓軸承的軸承轉(zhuǎn)子上，有效的降低了回轉(zhuǎn)工作臺主 要零件的加工和裝配調(diào)整難度，保證了回轉(zhuǎn)工作臺的精度和剛度，該回轉(zhuǎn)工作臺還配合采 用旋轉(zhuǎn)編碼器反饋和計算機(jī)數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn)方式。該回轉(zhuǎn)工作臺還可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺滑臺一體 化結(jié)構(gòu)設(shè)計，具有結(jié)構(gòu)緊湊、慣量小、動態(tài)性能好及剛性好的特點(diǎn)。所述回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計 定位精度可達(dá)3. 5角秒，重復(fù)定位精度可達(dá)1角秒，分辨率可達(dá)0. 5角秒，徑向剛度可大于 4000N/ ii m，軸向剛度可大于30000N/ u m。本發(fā)明以回轉(zhuǎn)工作臺固定板5為裝配基礎(chǔ)件，按照液體靜壓軸承——電機(jī)——回 轉(zhuǎn)工作臺臺面的順序依次裝配。液體靜壓軸承由軸承定子4、軸承徑向支撐14、軸承軸向上支撐15、軸承軸向下支 撐13、分油環(huán)蓋板2及密封墊片3組成，以軸承定子4為裝配基礎(chǔ)件；首先將軸承軸向下支 撐13安裝到軸承徑向支撐14的下端面，以軸承徑向支撐14的內(nèi)孔為基準(zhǔn)，調(diào)整保證軸承 軸向下支撐13的內(nèi)孔與之同軸，用螺釘將兩者緊固；從軸承定子4的下方將軸承徑向支撐 14裝入軸承定子4的內(nèi)孔；將軸承軸向上支撐15安裝到軸承徑向支撐14的上端面，保證 軸承軸向上支撐15的內(nèi)孔與軸承徑向支撐14的內(nèi)孔同軸，用螺釘將兩者緊固；將分油環(huán)蓋 板2安裝到軸承定子4的上端面，兩者之間放置密封墊片3，用螺釘將兩者緊固。液體靜壓 軸承裝配完畢之后，將軸承定子4安裝到回轉(zhuǎn)工作臺固定板5的上端面上，用螺釘緊固。電機(jī)定子7的外圓與電機(jī)定子固定件6的內(nèi)孔配合，電機(jī)定子7通過電機(jī)定子固 定件6的法蘭端面進(jìn)行軸向定位，用螺釘將兩者緊固，將電機(jī)定子固定件6安裝到回轉(zhuǎn)工作 臺固定板5的下端面，調(diào)整保證電機(jī)定子7的內(nèi)孔與軸承軸向下支撐13的內(nèi)孔同軸，用螺 釘將電機(jī)定子固定件6與回轉(zhuǎn)工作臺固定板5緊固；電機(jī)轉(zhuǎn)子11的內(nèi)孔與電機(jī)轉(zhuǎn)子固定件 10的外圓配合，電機(jī)轉(zhuǎn)子11通過電機(jī)轉(zhuǎn)子固定件10的定位臺階進(jìn)行軸向定位，用螺釘將兩 者緊固，調(diào)整保證電機(jī)轉(zhuǎn)子固定件10的安裝法蘭內(nèi)孔與軸承軸向下支撐13的內(nèi)孔同軸，用 螺釘將電機(jī)轉(zhuǎn)子固定件10與軸承軸向下支撐13緊固；將旋轉(zhuǎn)編碼器8安裝到電機(jī)轉(zhuǎn)子固 定件10的下端，將電機(jī)腔蓋板9安裝到電機(jī)定子固定件6的下端，采用螺釘緊固。將回轉(zhuǎn)工作臺臺面1安裝到軸承軸向上支撐15的上端面，調(diào)整保證回轉(zhuǎn)工作臺臺 面1的臺階外圓與軸承軸向上支撐15的外圓同軸，用螺釘將兩者緊固。本發(fā)明在分油環(huán)蓋板2內(nèi)孔與軸承軸向上支撐15外圓間采用壓縮空氣密封，在回 轉(zhuǎn)工作臺固定板5下端面與電機(jī)定子固定件6上端面間采用氣封和密封圈雙重密封，所述 氣封采用40 50 ii m的氣隙。本發(fā)明所述液體靜壓軸承采用20 30 y m的油膜厚度。參見圖2本發(fā)明的回轉(zhuǎn)工作臺固定板(5)、軸承定子(4)、分油環(huán)蓋板(2)均為外 輪廓為方形、內(nèi)孔為圓形的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
無軸高精度靜壓數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，包括回轉(zhuǎn)工作臺固定板(5)以及安裝在回轉(zhuǎn)工作臺固定板(5)上端的軸承定子(4)，其特征在于軸承定子(4)的內(nèi)側(cè)設(shè)置有軸承徑向支撐(14)，軸承軸向上支撐(15)和軸承軸向下支撐(13)分別安裝在軸承徑向支撐(14)的上、下兩端面上，且軸承軸向下支撐(13)位于回轉(zhuǎn)工作臺固定板(5)的內(nèi)側(cè)，在軸承定子(4)上端還設(shè)置有分油環(huán)蓋板(2)，回轉(zhuǎn)工作臺固定板(5)下端安裝有電機(jī)定子固定件(6)，電機(jī)定子固定件(6)內(nèi)側(cè)安裝有電機(jī)定子(7)，電機(jī)定子(7)的外圓與電機(jī)定子固定件(6)的內(nèi)孔配合，電機(jī)定子(7)的軸向由電機(jī)定子固定件(6)的法蘭端面定位并與之固定，電機(jī)轉(zhuǎn)子固定件(10)安裝在軸承軸向下支撐(13)的下端，電機(jī)轉(zhuǎn)子固定件(10)的內(nèi)側(cè)設(shè)置有電機(jī)轉(zhuǎn)子(11)，電機(jī)轉(zhuǎn)子(11)內(nèi)孔與電機(jī)轉(zhuǎn)子固定件(10)的外圓配合，電機(jī)轉(zhuǎn)子(11)的軸向由電機(jī)轉(zhuǎn)子固定件(10)的定位臺階定位并與之固定，電機(jī)腔蓋板(9)安裝在電機(jī)定子固定件(6)的下端，旋轉(zhuǎn)編碼器(8)安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)子固定件(10)下端；回轉(zhuǎn)工作臺臺面(1)安裝在軸承軸向上支撐(15)的上端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無軸高精度靜壓數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，其特征在于所說的分油 環(huán)蓋板(2)與軸承定子(4)之間還設(shè)置有軸承定子密封墊片(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無軸高精度靜壓數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，其特征在于所說的電機(jī) 定子固定件(6)與回轉(zhuǎn)工作臺固定板(5)兩者之間采用氣封和密封圈(12)雙重密封方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無軸高精度靜壓數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，其特征在于所說的回轉(zhuǎn) 工作臺固定板(5)可直接安裝在機(jī)床的滑動工作臺滑塊上或機(jī)床床身上，還可在回轉(zhuǎn)工作 臺固定板(5)的左右兩側(cè)設(shè)置油腔，使回轉(zhuǎn)工作臺固定板(5)成為靜壓直線滑臺的滑塊，使 該回轉(zhuǎn)工作臺成為滑動及回轉(zhuǎn)功能一體化工作臺。
全文摘要
無軸高精度靜壓數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，該回轉(zhuǎn)工作臺采用中空無軸結(jié)構(gòu)，將工作臺臺面及電機(jī)轉(zhuǎn)子分別直接安裝在液體靜壓軸承的軸承轉(zhuǎn)子上；該回轉(zhuǎn)工作臺采用直驅(qū)電機(jī)驅(qū)動、旋轉(zhuǎn)編碼器反饋和計算機(jī)數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn)方式，降低了回轉(zhuǎn)工作臺各零件的加工和裝配調(diào)整難度，提高了回轉(zhuǎn)工作臺的精度，同時具有結(jié)構(gòu)緊湊、慣量小、動態(tài)性能好及剛性好的特點(diǎn)。所述回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計定位精度可達(dá)3.5角秒，重復(fù)定位精度可達(dá)1角秒，分辨率可達(dá)0.5角秒，徑向剛度可大于4000N/μm，軸向剛度可大于30000N/μm。
文檔編號B23Q1/38GK101829909SQ20101010208
公開日2010年9月15日 申請日期2010年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月26日
發(fā)明者位文明, 何仲赟, 盧秉恒, 薛飛, 趙萬華, 陳耀龍 申請人:西安瑞特快速制造工程研究有限公司;西安交通大學(xué)