液体静压尾架、液体静压尾架系统和机床的制作方法

本发明用于机械加工领域，特别是涉及一种液体静压尾架、液体静压尾架系统和机床。

背景技术：

尾架是机床的重要部件之一，它在机床加工中起到了重要作用。尾架常用于辅助加工轴向尺寸较大的轴类零件，零件轴向尺寸过大，由于较大的径向切削力的存在，使轴类零件产生径向跳动，无法加工。在机床加工零件时，为了提高零件的装夹可靠性，常将所加工零件的一端由主轴箱夹头夹住，另一端由尾架的顶尖顶住。

机床加工精度直接受到尾架顶尖孔以及顶尖的精度的影响，顶尖装置是目前车间常用的用于对工件进行定位的加工设备。在夹装工件的时候需要通过卡爪和顶尖之间的配合或者是双顶尖来夹持工作，而在加工过程中，顶尖的回转中心与机床回转中心常常会产生偏移，需要对顶尖进行轴线对中调整，大多机床的顶尖座无法实现顶尖的精准摆动，至多可进行调节底座和增加顶尖装置，以至于加工精度低、效率低。

此外，目前国内生产的机床尾架顶尖大多数为固定的死顶尖，加工工件时工件顶尖孔与尾架顶尖相对运动，他们之间的相对摩擦，降低了顶尖孔质量。顶尖耐磨性差，需修顶尖孔，而且拆装工件时需要拆装尾架顶尖，加工效率偏低。批量加工零件时，零件的圆度等精度的一致性不够好。顶尖孔磨损的同时，顶尖也跟着磨损，死顶尖本身的圆度精度保持性也不好，因此顶尖寿命也较短。

技术实现要素：

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种液体静压尾架、液体静压尾架系统和机床，其能够实现顶尖的摆动，能够对顶尖轴线不一致进行修正定位，减少传统机床尾架装置配等高、配底座的工作量，具有高效率对中装夹以及调节精度高等优势。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

第一方面，液体静压尾架，包括

顶尖组件，包括轴芯和顶尖，所述顶尖与所述轴芯连接，所述轴芯具有第一轴颈和第二轴颈；

轴承，包括第一轴承和第二轴承，所述第一轴承与所述第一轴颈配合，所述第一轴承与所述第一轴颈之间设有第一轴承油腔，所述第一轴承油腔具有第一进油通道和第一回油通道，所述第二轴承与所述第二轴颈配合，所述第二轴承与所述第二轴颈之间设有第二轴承油腔，所述第二轴承油腔具有第二进油通道和第二回油通道，其中，所述第一轴承油腔包括多个油腔间隙可调的第一轴承分油腔，多个所述第一轴承分油腔沿所述第一轴承的周向分布，所述第一进油通道包括多个与所述第一轴承分油腔连接的第一进油分通道。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第二轴承油腔包括多个油腔间隙可调的第二轴承分油腔，多个所述第二轴承分油腔沿所述第二轴承的周向分布，所述第二进油通道包括多个与所述第二轴承分油腔连接的第二进油分通道。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述第一轴承和第二轴承具有多组封油边，每组所述封油边均包括至少两条沿轴向设置的封油边，相邻的两条所述封油边之间设有回油间隙，多组所述封油边将所述第一轴承油腔分为多个所述第一轴承分油腔，多组所述封油边将所述第二轴承油腔分为多个所述第二轴承分油腔。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，还包括

箱体，内部具有储油腔，所述箱体的底部设有回油孔；

其中，所述第一轴承位于所述箱体前端，并与所述箱体连接，所述第一轴承于所述第一轴承油腔的前方设有前回油槽，所述第一回油通道包括连通所述前回油槽和所述储油腔的前回油管道；所述第二轴承位于所述箱体后端，并与所述箱体连接，所述第二轴承于所述第二轴承油腔的后方设有后回油槽，所述第二回油通道包括连通所述后回油槽和所述储油腔的后回油管道。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述前回油槽沿前后方向设置多个，所述第一轴承与所述第一轴颈之间于所述前回油槽的前方设有前油封盖；所述后回油槽沿前后方向设置多个，所述第二轴承与所述第二轴颈之间于所述后回油槽的后方设有后油封盖。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，还包括

后压盖，与所述箱体或第二轴承连接，所述后压盖与所述轴芯之间设有弹性支撑部件；

其中，所述轴芯与所述第一轴承和所述第二轴承之间具有轴肩。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，还包括

调节部件，与所述后压盖螺纹连接；

滚动球，所述轴芯后端设有轴向孔，所述滚动球设在所述轴向孔中，并与所述轴芯滚动配合；

其中，所述弹性支撑部件支撑在所述滚动球与所述调节部件之间。

第二方面，液体静压尾架系统，包括

第一方面中任一实现方式所述的液体静压尾架；

多个流量可调的液压泵，与多个所述第一轴承分油腔连接。

结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述液压泵包括第一液压泵、第二液压泵和第三液压泵，所述第一轴承分油腔包括上分油腔、下分油腔、左分油腔和右分油腔，所述第一液压泵与所述上分油腔连接，所述第二液压泵与所述左分油腔连接，所述第三液压泵与所述右分油腔、下分油腔连接。

第三方面，机床，包括第二方面任一实现方式所述的液体静压尾架系统。

上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：

1、第一轴承和第二轴承形成液静压轴承，轴芯与轴承之间无接触磨损，顶尖与工件可实现同步旋转，顶尖头无磨损，尾架主轴使用寿命长，采用液静压轴承作为支撑，提高回转精度，具有高精度、高可靠性、无磨损、寿命长等优点；

2、使用时，能够通过对第一轴承的第一轴承分油腔的油腔间隙进行调控，使得轴芯可在配轴间隙范围内进行角度调整，从而微调顶尖的俯仰以及侧摆角度，对顶尖轴线不一致进行修正定位，减少传统机床尾架装置配等高、配底座的工作量，具有高效率对中装夹以及调节精度高等优势。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明液体静压尾架的一个实施例的结构示意图；

图2是本发明液体静压尾架系统的一个实施例的结构示意图；

图3是油腔角度φ0、油腔长度l、封油边宽度a、封油边宽度b的结构示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

其中，图1和图2给出了本发明实施例的参考方向坐标系，以下结合图1和图2所示的方向，对本发明的实施例进行说明。

本发明的实施例提供了一种液体静压尾架，其能够用于辅助加工轴向尺寸较大的轴类零件，参见图1，液体静压尾架包括顶尖组件和轴承，顶尖组件包括轴芯1和顶尖2，顶尖2与轴芯1连接，加工工件时工件顶尖2孔与顶尖2配合，顶尖2与轴芯1一起随工件同步旋转，顶尖2头无磨损，尾架主轴使用寿命长。其中，轴芯1具有第一轴颈11和第二轴颈12，用于与轴承配合。

参见图1，轴承包括第一轴承3和第二轴承4，第一轴承3和第二轴承4沿轴向分布，第一轴承3与第一轴颈11配合，第一轴承3与第一轴颈11之间设有第一轴承油腔31，第一轴承油腔31具有第一进油通道和第一回油通道，油等液体介质由第一进油通道进入第一轴承油腔31，再由第一回油通道流出，第一轴颈11与第一轴承3的接触位置通过高压油膜支撑并悬浮起来，形成液静压轴承。第二轴承4与第二轴颈12配合，第二轴承4与第二轴颈12之间设有第二轴承油腔41，第二轴承油腔41具有第二进油通道和第二回油通道，油等液体介质由第二进油通道进入第二轴承油腔41，再由第二回油通道流出，第二轴颈12与第二轴承4的接触位置通过高压油膜支撑并悬浮起来，形成液静压轴承。液静压轴承利用液体介质及其不可压缩性质，可实现高精度定位装夹的效果，使得轴芯1与轴承之间无接触磨损，尾架主轴使用寿命长，采用液静压轴承作为支撑，提高回转精度，具有高精度、高可靠性、无磨损、寿命长等优点。

参见图2，第一轴承油腔31包括多个油腔间隙可调的第一轴承分油腔，其中，油腔间隙指轴承油腔的径向高度。多个第一轴承分油腔沿第一轴承3的周向分布，第一进油通道包括多个与第一轴承分油腔连接的第一进油分通道。使用时，能够通过调节向第一轴承3的第一轴承分油腔中供入的进油量，对第一轴承3的第一轴承分油腔的油腔间隙进行调控，使得轴芯1可在配轴间隙范围内进行角度调整，从而微调顶尖2的俯仰以及侧摆角度，对顶尖2轴线不一致进行修正定位，从而能够对轴线一致的工件进行定位加工，减少传统机床尾架装置配等高、配底座的工作量，具有高效率对中装夹以及调节精度高等优势。

例如在图2所示的实施例中，第一轴承3的第一轴承分油腔沿上、下、左、右四个方向设置，即第一轴承分油腔包括上分油腔32、下分油腔33、左分油腔34和右分油腔35，通过调节进油流量大小对第一轴承分油腔的油腔间隙进行调控，使得轴芯1可在配轴间隙范围内进行角度调整，调节增大上分油腔32流量，可微调顶尖2俯仰角度向下，调节减小上分油腔32流量，可微调顶尖2俯仰角度向上，同理，可微调顶尖2侧摆角度。可以理解的是，图2所示的实施例仅是本发明的一种实施方式，第一轴承分油腔的数量不限于四个，其可以设置为两个、三个等多数个。

可以理解的是，上述实施例中，第一轴承3与第二轴承4不限于图1中的先后位置关系，当然也可以理解为第一轴承3位于第二轴承4的后方，即通过调节第一轴承3中第一轴承分油腔的油腔间隙，使得轴芯1的头部或尾部在一定范围内摆动，以进行角度调整，从而微调顶尖2的俯仰以及侧摆角度，对顶尖2轴线不一致进行修正定位。

在一些实施例中，参见图2，第二轴承油腔41包括多个油腔间隙可调的第二轴承分油腔，多个第二轴承分油腔沿第二轴承4的周向分布，第二进油通道包括多个与第二轴承分油腔连接的第二进油分通道。该实施例中，第一轴承3和第二轴承4均具有调节功能，使用时，能够通过调节向第一轴承分油腔和/或第二轴承分油腔中供入的进油量来调节第一轴承3和/或第二轴承4，使轴芯1在配轴间隙范围内进行角度调整，使得轴芯1的头部和/或尾部在一定范围内摆动，从而微调顶尖2的俯仰以及侧摆角度，对顶尖2轴线不一致进行修正定位，从而能够对轴线一致的工件进行定位加工，该实施例摆角调节范围更大，调节速度更快。

参见图2，第一轴承3和第二轴承4具有多组封油边5，每组封油边5均包括至少两条沿轴向设置的封油边5，相邻的两条封油边5之间设有回油间隙51，多组封油边5将第一轴承油腔31分为多个第一轴承分油腔，多组封油边5将第二轴承油腔41分为多个第二轴承分油腔，回油间隙51的液压较低，进入第一轴承油腔31、第二轴承油腔41的液体介质从封油边流出到回油间隙51，实现回油。

第一轴承3和第二轴承4可通过支架等结构进行定位，在一些实施例中，参见图1，还包括箱体6，箱体6内部具有储油腔61，箱体6的底部设有回油孔62，润滑油等液体介质经过回油孔62实现循环流动，补充第一轴承油腔31和第二轴承油腔41泄漏的润滑油，保证油膜给轴芯1提供稳定的、无摩擦的轴向支撑。其中，第一轴承3位于箱体6前端，并与箱体6连接，第二轴承4位于箱体6后端，并与箱体6连接，轴承和顶尖2组件通过箱体6支撑并连接为一个整体。参见图1，为了提升密封性，可在箱体6与第一轴承3之间设置密封圈63。

进一步的，参见图1，第一轴承3于第一轴承油腔31的前方设有前回油槽36，第一回油通道包括连通前回油槽36和储油腔61的前回油管道37；第二轴承4于第二轴承油腔41的后方设有后回油槽42，第二回油通道包括连通后回油槽42和储油腔61的后回油管道43，由第一轴承油腔31、第二轴承油腔41回油间隙51回流的液体介质，一边可通过前径向回油管道38、后径向回油管道或者直接流出到储油腔61，另一边通过前回油管道37、后回油管道43流出到储油腔61。

前回油槽36、前回油管道37设置一个或多个，后回油槽42、后回油管道43设置一个或多个。参见图1，在一些实施例中，前回油槽36沿前后方向设置多个，第一轴承3与第一轴颈11之间于前回油槽36的前方设有前油封盖30；后回油槽42沿前后方向设置多个，第二轴承4与第二轴颈12之间于后回油槽42的后方设有后油封盖44。由第一轴承油腔31、第二轴承油腔41回油间隙51回流的液体介质，一边可通过前径向回油管道38、后径向回油管道或者直接流出到储油腔61，另一边首先从一级回油管道流出，再从二级回油管道流出，均流出到储油腔61。多级回油结构可保证主轴油回油迅速，且无外漏的可能性。

在一些实施例中，参见图1，轴芯1与第一轴承3和第二轴承4之间具有轴肩13，轴肩13能够与第一轴承3和第二轴承4配合，用于限定轴芯1的轴向位移。参见图1，液体静压尾架还包括后压盖7，后压盖7与箱体6或第二轴承4连接，后压盖7与轴芯1之间设有弹性支撑部件71，弹性支撑部件71可采用弹簧、弹片、弹性垫、气撑等，顶尖2组件通过弹性支撑部件71来实现工件的夹紧，使顶尖2轴向伸缩平稳可靠。

进一步的，参见图1，还包括调节部件72和滚动球73，调节部件72与后压盖7螺纹连接；轴芯1后端设有轴向孔14，滚动球73设在轴向孔14中，并与轴芯1滚动配合。其中，弹性支撑部件71支撑在滚动球73与调节部件72之间，调节部件72、滚动球73和弹性支撑部件71控制顶尖2轴向伸缩，通过调节部件72在后压盖7上拧入拧出控制弹簧压紧力，弹性支撑部件71端部的滚动球73与轴向孔14的内锥面接触配合，通过增加滚动球73，可使顶尖2依旧与工件保持共同旋转，磨损程度较小。

本发明的实施例还提供了一种液体静压尾架系统，参见图1、图2，液体静压尾架系统包括多个流量可调的液压泵和以上任一实施例中的液体静压尾架，多个流量可调的液压泵与多个所述第一轴承分油腔连接，液体静压尾架系统通过调节液压泵的流量控制与其连接的对应的第一轴承分油腔的油腔间隙，使得轴芯1可在配轴间隙范围内进行角度调整，从而微调顶尖2的俯仰以及侧摆角度，对顶尖2轴线不一致进行修正定位，从而能够对轴线一致的工件进行定位加工，减少传统机床尾架装置配等高、配底座的工作量，具有高效率对中装夹以及调节精度高等优势。其中，该供油方式及液压结构能够保证各第一轴承分油腔的液体压力保持一致，使得顶尖2组件在调节过程中仍可保持运转平稳，具有较高回转精度。

在一些实施例中，参见图2，液压泵包括第一液压泵81、第二液压泵82和第三液压泵83，第一轴承分油腔包括上分油腔32、下分油腔33、左分油腔34和右分油腔35，第一液压泵81与上分油腔32连接，第二液压泵82与左分油腔34连接，第三液压泵83与右分油腔35、下分油腔33连接。参见图2，第一轴承3的上分油腔32和左分油腔34分别通过第一液压泵81、第二液压泵82供油，第一轴承3的下分油腔33、右分油腔35与第二轴承油腔41用同一个第三液压泵83供油；第一轴承3的上分油腔32和左分油腔34可通过调节阀调节进油量，从而调节油腔间隙。参见图2、图3，调节增大(或减小)上分油腔32进油量q，从而使得顶尖2向下(或向上)偏移，此时，上分油腔32半径间隙增大(或减小)，由公式(1)可知，随着半径间隙h0增大(或减小)，油腔液阻r减小(或增大)，而油腔压力pr1可调节至与下分油腔33压力保持一致，主轴仍可保持运转平稳，具有较高回转精度。同理，调节增大(或减小)第一轴承3左分油腔34进油量，从而使得顶尖2向右(或向左)偏移，从而实现微调顶尖2俯仰及侧摆角度。

其中，液阻

式中：q-流量，pr1-油腔压力，h0-半径间隙，h1-油膜厚度(间隙)不均修正系数，μ-油的粘度，d-轴径，φ0-油腔角度，l-油腔长度，a-封油边宽度，b-封油边宽度

该液体静压尾架系统采用全液体介质，通过液压站供油，第三液压泵83供主轴油流经前、后轴向进油管道15、16，进入前、后径向进油管道17、18，最后进入第一轴承油腔31、第二轴承油腔41内；第一液压泵81仅为第一轴承3的上分油腔32供油，第二液压泵82仅为第一轴承3左分油腔34供油，主轴油直接进入径向进油管道，流入第一轴承3上分油腔32和左分油腔34。主轴油回油油路各油腔均一致，主轴油从油腔封油边流出到回油间隙51，一边可通过前径向回油管道38或者直接流出到储油箱，另一边设置有一级回油管道371、431和二级回油管道372、432，主轴油首先从一级回油管道371、431流出，再从二级回油管道372、432流出，均流出到储油腔61；尾端前油封盖30对主轴油进行密封，此回油结构可保证主轴油回油迅速，且无外漏的可能性。

本发明的实施例还提供了一种机床，包括以上任一实施例中的液体静压尾架系统。

本发明的某些实施例具有以下优势：

1、高精度定位装夹

第一轴承3上分油腔32和左分油腔34分别连接液压站，通过调节进油流量大小对静压轴承油腔间隙进行调控，使得轴芯1可在配轴间隙范围内进行角度调整，调节增大上分油腔32流量，可微调顶尖2俯仰角度向下，调节减小上油腔流量，可微调顶尖2俯仰角度向上，同理，可微调顶尖2侧摆角度。液体静压轴承结构本身具有较高的回转精度，在此基础上利用液体介质及其不可压缩性质，可实现高精度定位装夹的效果。

2、高效率定位装夹

对于批量加工，顶尖2同轴度随着加工件越来越多，需要调节的需求也越来越多。然而现有调节顶尖2偏摆的技术结构无法应用在液静压尾架上，或者现有的配等高、配底座等方法使得加工效率低。因此，提出的这种尾架结构设计调节操作方便快捷。可实现高效率定位装夹。

3、高可靠性、无磨损、寿命长

轴芯1与轴承之间无接触磨损，顶尖2与工件可实现同步旋转，顶尖2头无磨损，尾架主轴使用寿命长。后端采用压簧结构，通过螺母旋入长度控制弹簧预紧力，从而实现顶尖2轴向伸缩，此种轴向伸缩结构与液体静压结构使得此尾架主轴结构稳定可靠。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。