专利名称：超精密电液伺服控制的动静压轴承与进给机构的制作方法
技术领域：
本发明属于一种动静压轴承，特别是涉及一种能够提高主轴的转动精度的超精密电 液伺服控制的动静压轴承与进给机构。
背景技术：
动静压轴承由于具有摩擦力小，使用寿命长，抗振性能好，精度较高等特点，在机 床主轴上获得广泛的应用，但随着工业技术的发展，特别是国防工业、航空工业的发展， 对主轴的旋转精度要求越来越高，常规的动静压轴承己不能满足需要，因此需要研发旋 转精度更高的动静压轴承(主轴径向跳动0.0001 0.000001mm)。同时在超精密加工中， 需要0. 0001 0. OOOOOlram的微细进给，而这靠现在已有的常规进给机构是无法完成的。
图1为传统恒压供油动静压轴承原理图，这种恒压供油动静压轴承由供油系统'l， 小孔节流器2和轴承3三部分组成，其工作原理如下当供油系统的油泵尚未启动时， 轴承油腔内没有压力油，主轴4由于重力而压在轴承套的下部。油泵启动后，压力油通 过节流器进入相对应的轴承承载腔。如果忽略主轴4的重量，则主轴4会被油压浮起至 轴承套中心位置，此时主轴4各处的间隙相等，各承载腔压力相等，主轴4处于液体摩 擦状态，主轴4可以启动。
当主轴4受到外载荷的作用时，会在外力F的作用下产生一个微小位移e (见图2)， 使下油腔7的间隙从h。变小为h。一e，封油面上的油阻力增大，从而使下油腔7的压力上 升，相应的对面的上油腔9的压力会下降，从而有一压差作用在主轴4上，当这一压差 大到一定程度时，其产生的反作用力与外力F平衡时，主轴4就停止在一个新的位置。 这就是静压主轴的工作原理，它告诉我们，这种主轴的工作是建立在主轴的适量移动上， 没有这一移动，它就无法工作。在实际的静压轴承中，这一移动量只有几微米，这对大 多数的使用场合精度已是足够了。但随着国防工业的发展，特别是航空航天事业的发展， 需要把主轴的转动精度提高到更高，使其回转精度达到0. OOOOlram或更高。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种能够提高主轴的转动精度的超 精密电液伺服控制的动静压轴承与进给机构。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是 一种超精密电液伺 服控制的动静压轴承与进给机构，包括有分别通过8个小孔节流器向主轴机构供油的第 一供油系统，还设置有通过电液伺服阀向主轴结构中的前定心静压轴承供油的第二供油 系统；所述主轴结构是由主轴、套在主轴前端的定心动静压轴承套、套在主轴后端的动静压轴承套和设置在主轴前端的静压止推轴承套及法兰构成；所述定心动静压轴承套和 动静压轴承套的内周面上都设置有均布的四个承压槽和四个回油槽，动静压轴承套的四 个承压槽由所述第一供油系统通过四个节流器供油，所述定心动静压轴承套的垂直方向 的两个承压槽由所述第一供油系统通过节流器供油，而水平方向的两个承压槽通过电液 伺服阀由第二供油系统供油；定心动静压轴承套和动静压轴承套的四个回油槽均与油箱 相通；静压止推轴承套经由小孔节流器由第一供油系统供油。
所述的位于主轴前端的定心动静压轴承套上对应于通过电液伺服阀供油的进油槽处 设置有一电容位移传感器，所述的电容位移传感器依次通过第一放大器、比较器和第二 放大器与电液伺服阀连接，所述的比较器还接收已设定的用于与电容位移传感器所传信 号进行比较的指令信号。
所述的主供油系统与第二供油系统结构相同。
本发明所采用的另一技术方案是 一种超精密电液伺服控制的动静压轴承与进给机 构，包括有分别通过8个小孔节流器向主轴机构供油的第一供油系统，还设置有通过电 液伺服阀向主轴结构中的前定心静压轴承供油的第二供油系统；所述主轴结构是由主轴、 套在主轴前端的定心动静压轴承套、套在主轴后端的动静压轴承套和设置在主轴前端适 当位置的静压止推轴承套及法兰构成；所述定心动静压轴承套的内周面上设置有3对6 个均布承压槽和六个回油槽，每对承压槽均由一个电液伺服阀控制供油，共有三个电液 伺服阀分别对三对承压槽进行供油控制，三个电液伺服阀均由第二供油系统供油，三个 电液伺服阀结构参数完全相同，六个回油槽均与油箱相通；静压止推轴承套经由小孔节 流器由第一供油系统供油。
所述的定心动静压轴承套的3对承压槽上各设置1个电容位移传感器，所述的3个 电容位移传感器分别依次通过与该电容位移传感器对应的第一放大器、比较器和第二放 大器与电液伺服阀连接，所述的比较器还接收已设定的用于与电容位移传感器所传信号 进行比较的指令信号。
本发明的超精密电液伺服控制的动静压轴承与进给机构，具有以下优点
1. 旋转精度高，主轴径向跳动《10nm;
2. 刚性更高，抗振性好；
3. 本发明可利用伺服阀的控制，通过改变油膜的厚度，使主轴产生一相应微小位移 用来完成超精加工中的超精进给，即本发明可作为超精密进给机构使用；
4. 本发明可以不使用动平衡装置就可实现高精度旋转，换言之，这种采用电液伺服
阀控制的闭环位置控制系统也可作为高精密动平衡装置而使用；
5. 如有需要，前轴承的另外两个油腔也可使用电液伺服阀控制，同样后轴承和推力 轴承也同样可以采用电液伺服阀控制，只是这样成本也会大大提高。
图1是现有技术的动静压轴承与进给机构的结构示意图2是图1中主轴受到外载荷的作用时的结构示意图3是本发明的动静压轴承与进给机构的结构示意图4是本发明的动静压轴承与进给机构的另一实施例的结构示意图。
图中的标号分别是-
l一第一供油系统；2—小孔节流器；3—主轴结构；4—主轴；5—法兰；6—静压止 推轴承套；7—下油腔；8、 8' —定心动静压轴承套；9一上油腔；IO""第二放大器；11— 动静压轴承套；12—承压槽；13—回油槽；14一油箱；15—电液伺服阀；16—第二供油 系统；17—电容位移传感器；18—第一放大器；19—比较器；20—压力继电器；21—油 箱；22—吸油粗滤；23—电机；24—油泵；25—压力表；26—溢流阀；27—粗滤油器； 28—精密油滤；29—蓄能器；30—单向阀；31—压力表；A—静压止推轴承；B、 B' —前 定心静压轴承；C一后定心静压轴承。
具体实施例方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图 详细说明本发明的超精密电液伺服控制的动静压轴承与进给机构如下
如图3所示，本发明的超精密电液伺服控制的动静压轴承与进给机构，包括有分别
通过8个小孔节流器2向主轴机构3供油的第一供油系统1;通过电液伺服阀15向主轴 结构3中的前定心静压轴承B供油的第二供油系统16;所述主轴结构3是由主轴4、套 在主轴4前端的定心动静压轴承套8、套在主轴4后端的动静压轴承套11和设置在主轴 4前端适当位置的静压止推轴承套6及法兰5构成;所述定心动静压轴承套8和动静压轴 承套11的内周面上都设置有均布的四个大小一致的承压槽12和四个回油槽13，动静压 轴承套11的四个承压槽12由所述第一供油系统1通过四个节流器2供油，所述定心动 静压轴承套8的垂直方向的两个承压槽12由所述第一供油系统1通过节流器2供油，而 水平方向的两个承压槽12通过电液伺服阀15由第二供油系统16供油；定心动静压轴承 套8和动静压轴承套11的四个回油槽13均与油箱14相通；静压止推轴承套6经由小孔 节流器2由第一供油系统1供油，所述的第一供油系统1与第二供油系统16结构原理相 同。
所述的位于主轴4前端的定心动静压轴承套8上的两个通过电液伺服阀15供油的承 压槽12中的一个设置有一电容位移传感器17，所述的电容位移传感器17依次通过第一 放大器18、比较器19和第二放大器10与电液伺服阀15连接，所述的比较器19还接收 已设定的用于与电容位移传感器17所传信号进行比较的指令信号，从而形成全闭环控制。
图4所示为超精密电液伺服控制的动静压轴承与进给机构第二实施例，这一实施例 的后轴承套11和静压止推轴承套6与实施例1完全相同，未在图4中表示(可以参考图 3)，图4中只显示了与实施例1不同的前轴承套8。第二实施例的超精密电液伺服控制的动静压轴承与进给机构，包括有分别通过8个小孔节流器2向主轴机构3供油的第一 供油系统l;通过电液伺服阀15向主轴结构3中的前定心静压轴承B'供油的第二供油 系统16;所述主轴结构3是由主轴4、套在主轴4前端的定心动静压轴承套8'、套在主 轴4后端的动静压轴承套11和设置在主轴4前端适当位置的静压止推轴承套6及法兰5 构成；所述定心动静压轴承套8的内周面上设置有3对6个均布承压槽12和六个回油槽 13，每对承压槽12均由一个电液伺服阀15控制供油，共有三个电液伺服阀分别对三对 承压槽12进行供油控制，三个电液伺服阀均由第二供油系统16供油，三个电液伺服阀 结构参数完全相同，六个回油槽13均与油箱14相通；静压止推轴承套6经由小孔节流 器2由第一供油系统1供油。
所述的定心动静压轴承套8'的3对承压槽12上各设置1个电容位移传感器17，所 述的3个电容位移传感器17分别依次通过与该电容位移传感器17对应的第一放大器18、 比较器19和第二放大器10与电液伺服阀15连接，所述的比较器19还接收巳设定的用 于与电容位移传感器17所传信号进行比较的指令信号。
本发明所使用的电容位移传感器17的分辨率可高达lmn。在使用了电液伺服阀的主 轴结构3中，当外力作用在主轴4上时，主轴4的移动在只有lrim时就被电容位移传感 器17测量到，并发出位移反馈信号，电液伺服阀15将这一信号转换放大为油腔的相应 油压差。这一油压差与外力平衡，使主轴4仅移动了非常小的位移(1 nm)就停下来， 而此时的偏心量e,要比图2所示结构小很多，只要选用的电液伺服阀15频率响应足够 快，作为反馈元件的电容位移传感器17的分辨率足够高，就可以使主轴4的位移小于 10nm，即其旋转精度可达10nm。
权利要求
1.一种超精密电液伺服控制的动静压轴承与进给机构，包括有分别通过8个小孔节流器(2)向主轴机构(3)供油的第一供油系统(1)，其特征在于，还设置有通过电液伺服阀(15)向主轴结构(3)中的前定心静压轴承(B)供油的第二供油系统(16)；所述主轴结构(3)是由主轴(4)、套在主轴(4)前端的定心动静压轴承套(8)、套在主轴(4)后端的动静压轴承套(11)和设置在主轴(4)前端的静压止推轴承套(6)及法兰(5)构成；所述定心动静压轴承套(8)和动静压轴承套(11)的内周面上都设置有均布的四个承压槽(12)和四个回油槽(13)，动静压轴承套(11)的四个承压槽(12)由所述第一供油系统(1)通过四个节流器(2)供油，所述定心动静压轴承套(8)的垂直方向的两个承压槽(12)由所述第一供油系统(1)通过节流器(2)供油，而水平方向的两个承压槽(12)通过电液伺服阀(15)由第二供油系统(16)供油；定心动静压轴承套(8)和动静压轴承套(11)的四个回油槽(13)均与油箱(14)相通；静压止推轴承套(6)经由小孔节流器(2)由第一供油系统(1)供油。
2. 根据权利要求1所述的超精密电液伺服控制的动静压轴承与进给机构，其特征是: 所述的位于主轴(4)前端的定心动静压轴承套(8)上对应于通过电液伺服阀(15)供 油的进油槽(12)处设置有一电容位移传感器(17)，所述的电容位移传感器(17)依 次通过第一放大器(18)、比较器(19)和第二放大器(10)与电液伺服阀(15)连接， 所述的比较器(19)还接收已设定的用于与电容位移传感器(17)所传信号进行比较的 指令信号。
3. 根据权利要求1所述的超精密电液伺服控制的动静压轴承与进给机构，其特征是 所述的主供油系统(1)与第二供油系统(16)结构相同。
4. 一种超精密电液伺服控制的动静压轴承与进给机构，包括有分别通过8个小孔节 流器(2)向主轴机构(3)供油的第一供油系统(1)，其特征在于，还设置有通过电液 伺服阀(15)向主轴结构(3)中的前定心静压轴承(B')供油的第二供油系统(16); 所述主轴结构(3)是由主轴(4)、套在主轴(4)前端的定心动静压轴承套(8')、 套在主轴(4)后端的动静压轴承套(11)和设置在主轴(4)前端适当位置的静压止推 轴承套(6)及法兰(5)构成；所述定心动静压轴承套(8')的内周面上设置有3对6 个均布承压槽(12)和六个回油槽(13)，每对承压槽(12)均由一个电液伺服阀(15) 控制供油，共有三个电液伺服阀分别对三对承压槽(12)进行供油控制，三个电液伺服 阀均由第二供油系统(16)供油，三个电液伺服阀结构参数完全相同，六个回油槽(13) 均与油箱(14)相通；静压止推轴承套(6)经由小孔节流器(2)由第一供油系统(1) 供油。
5. 根据权利要求4所述的超精密电液伺服控制的动静压轴承与进给机构，其特征是 所述的定心动静压轴承套(8')的3对承压槽(12)上各设置1个电容位移传感器(17)， 所述的3个电容位移传感器(17)分别依次通过与该电容位移传感器(17)对应的第一放大器(18)、比较器(19)和第二放大器(10)与电液伺服阀(15)连接，所述的比 较器(19)还接收已设定的用于与电容位移传感器(17)所传信号进行比较的指令信号。
全文摘要
一种超精密电液伺服控制的动静压轴承与进给机构，有通过小孔节流器向主轴机构供油的第一供油系统，通过电液伺服阀向前定心静压轴承供油的第二供油系统；主轴结构由套在主轴前端的定心动静压轴承套、套在主轴后端的动静压轴承套和设置在主轴前端的静压止推轴承套及法兰构成；定心动静压轴承套和动静压轴承套的内周面上都设置有承压槽和回油槽，动静压轴承套的承压槽由第一供油系统供油，定心动静压轴承套的垂直方向的承压槽由第一供油系统通过节流器供油，水平方向的承压槽通过电液伺服阀由第二供油系统供油；定心动静压轴承套和动静压轴承套的回油槽均与油箱相通；静压止推轴承套经由小孔节流器由第一供油系统供油。本发明旋转精度高，刚性更高，抗振性好。
文档编号B23B19/02GK101586626SQ200910069650
公开日2009年11月25日 申请日期2009年7月8日 优先权日2009年7月8日
发明者路文忠 申请人:路文忠