大型回转工作台自适应调节静压支撑装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及大型回转工作台自适应调节静压支撑装置，它包括工作台主轴，工作台主轴上固定安装有蜗轮，蜗轮与蜗杆构成蜗轮蜗杆传动，蜗轮的下侧端面固定安装有端面导轨，主轴静压套通过螺钉与工作台主轴连接，端面导轨与静压油腔块相配合，静压油腔块固定安装在工作台底座上，工作台底座与地基固定相连，工作台底座的中心固定安装有定心静压轴套，定心静压轴套与主轴静压套相配合；所述定心静压轴套内部加工有供油通道，供油通道与供油系统相连。一方面满足工作台主轴与定心静压轴套之间微小间隙的苛刻要求；另一方面实现对静压油膜厚度的智能控制。
【专利说明】
大型回转工作台自适应调节静压支撑装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及机床工作台装置领域，尤其涉及工作台旋转部件的支撑结构设计和静压油膜厚度的智能调节装置。
【背景技术】
[0002]大型回转工作台是机床行业镗床、铣床、加工中心及齿轮加工机床等的核心功能部件，其性能指标直接影响机床对工件的加工精度。工作台作为转动件，必须通过设计合理的轴承支撑结构来满足工作台运动稳定性要求，从而提高机床整机的加工精度。机械球轴承是一种支撑结构方案，但是工作台正朝着精密重载趋势发展，这种方式对球轴承的可靠性以及承载能力都提出了很高的要求，目前机械球轴承的技术发展已经远远不能满足大型重载工作台的应用场合。目前，比较普遍采用的是类似静压滑动轴承工作原理的技术方案，即在转台转动件和定子部件之间注入一定流量、一定压力的液压油作为工作介质，进而对工作台起到支撑作用。尽管这种技术已经工业化，但是就目前的产品而言，这种技术在实际应用过程中存在以下两点困难和实际缺陷:
[0003]I)工作台转动件和主轴之间的间隙需要精密控制
[0004]为了保证转台的运动平稳性和定位精度，油膜厚度即上述转动件和定心主轴之间的间隙值必须经过严格的理论计算得到(一般在3-4个丝左右)，并且还要通过采取合理的制造和装配工艺确保实际间隙值与理论设计值一致。但是对于体积庞大的大型工作台，如果要保证上述间隙要求，势必增加制造和装配难度。
[0005]2)对支撑介质的油膜厚度缺少智能调节
[0006]对于工作台，理想情况下希望油膜厚度始终保持不变，但是，当工作台受到的载荷变大，势必要对支撑介质油膜产生挤压，此时油膜厚度就会发生变化，如果不采取合理措施控制油膜厚度稳定在设计值，那么工作台就会在载荷方向上发生位移，进而影响整机设备的加工精度。
[0007]基于目前静压工作台存在的上述不足，本实用新型通过合理的结构设计以及采用可自适应调节油膜厚度的控制方案对现有技术的不足之处进行改进。
[0008]在申请公布号CN103878600中公开一中双蜗杆消隙静压全闭环工作台，可以消除工作台主轴的间隙，但是其只能适用于加工精度要求较低的场合，而且采用圆锥面定位，定位精度无法保证。
【实用新型内容】
[0009]本实用新型的目的在于一方面为了满足工作台主轴与定心静压轴套之间微小间隙的苛刻要求;另一方面实现对静压油膜厚度的智能控制，提出一种改进的结构方案和自适应调节油膜厚度的控制系统。
[0010]为达到上述目的，实用新型的设计方案是:大型回转工作台自适应调节静压支撑装置，它包括工作台主轴，工作台主轴上固定安装有蜗轮，蜗轮与蜗杆构成蜗轮蜗杆传动，蜗轮的下侧端面固定安装有端面导轨，主轴静压套通过螺钉与工作台主轴连接，端面导轨与静压油腔块相配合，静压油腔块固定安装在工作台底座上，工作台底座与地基固定相连，工作台底座的中心固定安装有定心静压轴套，定心静压轴套与主轴静压套相配合;所述定心静压轴套内部加工有供油通道，供油通道与供油系统相连。
[0011 ]所述供油通道包括主供油口，主供油口加工在定心静压轴套上，主供油口与供油管道相连通，供油通道上依次连通有轴向供油管路和径向供油管路。
[0012]所述静压油腔块采用扇形结构，共有12块，通过螺钉均布安装在工作台底座的上端面。
[0013]所述端面导轨与静压油腔块之间通过轴向供油管路通入液压油对端面导轨及回转部件进行轴向支撑，其间隙为0.03-0.04mm。
[0014]所述主轴静压套和定心静压轴套的配合面通过径向供油管路通入液压油对主轴静压套及回转部件进行径向支撑，其间隙为0.03-0.04_。
[0015]所述主轴静压套的主体采用35号结构钢，主轴静压套与定心静压轴套相配合的面浇铸一层巴士合金。
[0016]实用新型有如下有益效果:
[0017]1、通过在原有的工作台主轴上安装主轴静压套能够保证工作台主轴的面A与定心静压轴套间隙在0.03-0.04mm的范围内，而传统的方法很难保证其间隙，因为对于大型回转工作台，工作台主轴I不仅体积庞大而且质量重，一方面在加工过程中不容易满足设计要求，而且在装配过程中，对工作台主轴I在0.0lmm数量级上的微小位移调整也是极其困难的，所以本实用新型单独设计了主轴静压套3，只要保证主轴静压套3的面B与定心静压轴套7间隙在0.03-0.04mm的范围内即可。
[0018]2、通过采用35号结构钢作为主轴静压套3的本体，在需要和油膜接触的内表面，通过浇铸工艺增加了一层巴士合金，能够提高主轴静压套的使用寿命和耐磨性。
[0019]3、通过采用油膜厚度检测系统，能够时时检测工作台主轴的轴向位移信号，进而将轴向位移信号反馈到控制器，通过控制器反向控制静压支撑的供油，重新调整油膜厚度，进而形成闭环控制系统，提高了控制精度。
[0020]4、所采用的电涡流位移传感器具有精度高的特点，能够及时精测位移信号并反馈到控制器。
[0021]5、通过安装主轴静压套，直径只有1.45米，重量只有1.5吨，这样就可以通过对定心静压轴套的制造和装配进行控制，进而满足油膜间隙的设计要求，相比传统的方式，通过这种结构设计的改进，大大地降低了制造和装配难度，也提高了整个转台的精度。
[0022]6、通过油膜厚度检测系统对油膜厚度的变化能够实时监测，并能通过控制系统调节油栗流量，使油膜厚度始终保持在最佳范围内。
【附图说明】
[0023]下面结合附图和实施例对实用新型作进一步说明。
[0024]图1为本实用新型的整体结构示意图。
[0025]图2为本实用新型的主轴静压套结构示意图。
[0026]图3为本实用新型的油膜厚度检测系统的工作原理图。
[0027]图中:工作台主轴1、蜗轮2、主轴静压套3、端面导轨4、工作台底座5、静压油腔块6、定心静压轴套7、蜗杆8、主供油口 9、轴向供油管路10、径向供油管路11、巴士合金12、控制器13、变频电机14、多头栗15、静压导轨16、工作台17、电涡流位移传感器18。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图对实用新型的实施方式做进一步的说明。
[0029]实施例1:
[0030]参见图1-2，大型回转工作台自适应调节静压支撑装置，它包括工作台主轴I，工作台主轴I上固定安装有蜗轮2，蜗轮2与蜗杆8构成蜗轮蜗杆传动，蜗轮2的下侧端面固定安装有端面导轨4，主轴静压套3通过螺钉与工作台主轴I连接，端面导轨4与静压油腔块6相配合，静压油腔块6固定安装在工作台底座5上，工作台底座5与地基固定相连，工作台底座5的中心固定安装有定心静压轴套7，定心静压轴套7与主轴静压套3相配合;所述定心静压轴套7内部加工有供油通道，供油通道与供油系统相连。
[0031 ]进一步的，所述供油通道包括主供油口 9，主供油口 9加工在定心静压轴套7上，主供油口 9与供油管道相连通，供油通道上依次连通有轴向供油管路10和径向供油管路11。
[0032]进一步的，所述静压油腔块6采用扇形结构，共有12块，通过螺钉均布安装在工作台底座5的上端面。
[0033]进一步的，所述端面导轨4与静压油腔块6之间通过轴向供油管路10通入液压油对端面导轨4及回转部件进行轴向支撑，其间隙为0.03-0.04_。
[0034]进一步的，所述主轴静压套3和定心静压轴套7的配合面通过径向供油管路11通入液压油对主轴静压套3及回转部件进行径向支撑，其间隙为0.03-0.04_。
[0035]进一步的，所述主轴静压套3的主体采用35号结构钢，主轴静压套3与定心静压轴套7相配合的面浇铸一层巴士合金12。
[0036]进一步的，如果没有本实用新型中的主轴静压套3，要保证工作台主轴I的面A与定心静压轴套7间隙在0.03-0.04_的范围内是非常困难的，因为对于大型回转工作台，工作台主轴I不仅体积庞大而且质量重，一方面在加工过程中不容易满足设计要求，而且在装配过程中，对工作台主轴I在0.0lmm数量级上的微小位移调整也是极其困难的，所以本实用新型单独设计了主轴静压套3，只要保证主轴静压套3的面B与定心静压轴套7间隙在0.03-
0.04mm的范围内即可，为了达到这个要求，一方面要控制好对主轴静压套3的加工精度，使其满足设计要求；另一方面在装配主轴静压套3的过程中，还要保证装配精度。上述两点要求对于体积相对小、质量相对轻的主轴静压套3而言，都是较为容易实现的。为了提高主轴静压套3的使用寿命和耐磨性，本实用新型采用双金属的工艺设计，即采用35号结构钢作为主轴静压套3的本体，在需要和油膜接触的内表面，通过浇铸工艺增加了一层巴士合金。
[0037]实施例2:
[0038]如图3，一种用于自适应调节静压支撑装置的油膜厚度检测系统，它包括控制器13，控制器13通过信号线与变频电机14相连，变频电机14通过信号线与多头栗15相连，多头栗15与供油通道的主供油口 9相连控制轴向供油管路10和径向供油管路11的油液供给，进而控制静压导轨16的油膜厚度，静压导轨16的顶部设置有工作台17，工作台17安装在工作台主轴I的顶面，在工作台17上安装有电涡流位移传感器18，电涡流位移传感器18的信号输出端与控制器13信号输入端相连。
[0039]实施例3:
[0040]为了实现对油膜厚度的实时监测和控制，本实用新型利用电涡流位移传感器，实时监测工作台面在轴向位移的变化情况，一种采用油膜厚度检测系统控制自适应调节静压支撑装置油膜厚度的方法，首先，通过电涡流位移传感器18实时监测工作台17轴向位移的变化情况，工作台主轴I每转45°，电涡流位移传感器18读取位移量一次，每转360°就会读取8次位移信号，取8次信号的平均值，将平均值作为工作台的下降量，将下降量反馈到信号输入端，控制器生成变频电机的驱动信号，从而改变电机转速，进而改变多头栗的流量，控制供油通道的供油量，进而调节油膜厚度，经过不断反复的反馈调整后使得油膜厚度处于理想的状态，形成一个完整的闭环控制系统。
[0041]详细的控制流程为:油膜的测量采用高精度的电涡流位移传感器18，测量到位移的变化A h之后将输出模拟量电流信号i，并把信号传递给控制器，由控制器将信号转化为多头栗电机的驱动信号U，继而改变电机的转速ω，多头栗接得到变频电机的转速信号后，相应的调节多头栗的流量Q，静压导轨产生相应的液压抵消施加在工作台上的载荷△ W，最后使得油膜厚度在最优范围之内，形成一个完整的闭环控制系统模型。
[0042]本实用新型的具体工作过程和工作原理为:
[0043]静压回转工作台主要包括转动体组件和固定体组件两部分，其中，转动体组件包括:工作台主轴、蜗轮、主轴静压套、端面导轨；固定体组件包括:工作台底座、静压油腔块、定心静压轴套。为了实现油膜厚度根据负载变化智能调节，通过安装电涡流位移传感器实时监测工作台面的位移变化，这里工作台面位移的变化就间接反映了油膜厚度的变化，将传感器采集到的位移变化信号作为控制系统的输入信号，由控制系统发出指令调节油栗电机的转速，即调节油栗的输出流量，直至受载荷变化的油膜厚度恢复到设计值，经过上述闭环控制实现油膜厚度随载荷变化的自适应调节。
[0044]工作台回转动作的动力源是电机，电机带动蜗杆转动，蜗杆通过与蜗轮啮合带动蜗轮转动，蜗轮与工作台主轴固定连接，实现工作台的回转运动;对转动组件的支撑分为径向和轴向两个方向的支撑，在轴向方向上，静压油腔块与端面导轨之间的静压油膜对回转工作台的转动组件起到了轴向支撑作用，其中端面导轨是固定在蜗轮上面并随其一起转动的，在圆周方向均匀分布12块扇形静压油腔块固定在工作台底座上，是固定不动的；在径向方向上，以定心静压轴套作为轴向中心的定位基准，固定在工作台主轴上的主轴静压套与定心静压轴套之间留有0.03-0.04mm的间隙，因为在这个范围内的油膜厚度才能保证对工作台转动组件的径向支撑最稳定，但是对于大型工作台而言，从制造和装配方面，要控制这个间隙值是非常困难的，如果没有本实用新型中单独设计的主轴静压套，为了保证上述间隙值，一方面要精确控制外径2.5米的工作台主轴内孔加工精度，除此之外，在装配的时候还要对重达将近8吨重的工作台主轴的精确定位，只有做到上述两点才能非常精准的控制油膜间隙在0.03-0.04mm的范围内，显然要做到上述两点，是非常困难的。因此本实用新型单独设计了一个定心静压轴套，它是安装在工作台主轴上的，直径只有1.45米，重量只有1.5吨，这样就可以通过对定心静压轴套的制造和装配进行控制，进而满足油膜间隙的设计要求，相比传统的方式，通过这种结构设计的改进，大大地降低了制造和装配难度，也提高了整个转台的精度。
[0045]结合附图对实用新型的实施方式作了详细说明，但是实用新型并不限于上述实施方式。技术人员均可在不违背实用新型的创新点及操作步骤，在权利要求保护范围内，对上述实施例进行修改。实用新型的保护范围，应如实用新型的权利要求书覆盖。
【主权项】
1.大型回转工作台自适应调节静压支撑装置，它包括工作台主轴(I)，工作台主轴(I)上固定安装有蜗轮(2)，蜗轮(2)与蜗杆(8)构成蜗轮蜗杆传动，其特征在于:蜗轮(2)的下侧端面固定安装有端面导轨(4)，主轴静压套(3)通过螺钉与工作台主轴(I)连接，端面导轨(4)与静压油腔块(6)相配合，静压油腔块(6)固定安装在工作台底座(5)上，工作台底座(5)与地基固定相连，工作台底座(5)的中心固定安装有定心静压轴套(7)，定心静压轴套(7)与主轴静压套(3)相配合;所述定心静压轴套(7)内部加工有供油通道，供油通道与供油系统相连。2.根据权利要求1所述的大型回转工作台自适应调节静压支撑装置，其特征在于:所述供油通道包括主供油口(9)，主供油口(9)加工在定心静压轴套(7)上，主供油口(9)与供油管道相连通，供油通道上依次连通有轴向供油管路(10)和径向供油管路(11)。3.根据权利要求1所述的大型回转工作台自适应调节静压支撑装置，其特征在于:所述静压油腔块(6)采用扇形结构，共有12块，通过螺钉均布安装在工作台底座(5)的上端面。4.根据权利要求1所述的大型回转工作台自适应调节静压支撑装置，其特征在于:所述端面导轨(4)与静压油腔块(6)之间通过轴向供油管路(10)通入液压油对端面导轨(4)及回转部件进行轴向支撑，其间隙为0.03-0.04mm。5.根据权利要求1所述的大型回转工作台自适应调节静压支撑装置，其特征在于:所述主轴静压套(3)和定心静压轴套(7)的配合面通过径向供油管路(11)通入液压油对主轴静压套(3)及回转部件进行径向支撑，其间隙为0.03-0.04_。6.根据权利要求1所述的大型回转工作台自适应调节静压支撑装置，其特征在于:所述主轴静压套(3)的主体采用35号结构钢，主轴静压套(3)与定心静压轴套(7)相配合的面浇铸一层巴士合金(12)。
【文档编号】B23Q11/00GK205552014SQ201620288121
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】唐兆庆, 吴震宇, 王伟, 丁国龙, 严双平
【申请人】宜昌长机科技有限责任公司