专利名称：采用电液伺服阀控制的动静压主轴结构的制作方法
技术领域：
本实用新型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采
用电液伺服阀控制的动静压主轴结构。
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，常规的动静压轴承已不能满足需要，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. 000001mm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1， 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。-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. 00001mm或更高。
发明内容本实用新型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 精度的采用电液伺服阀控制的动静压主轴结构。 本实用新型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采用 电液伺服阀控制的动静压主轴结构，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。 所述的第一供油系统与第二供油系统结构相同。 本实用新型所采用的另一技术方案是一种采用电液伺服阀控制的动静压主轴结 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。 本实用新型的采用电液伺服阀控制的动静压主轴结构，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.本实用新型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，即本实用新型可作为超精密进给机构使用； 4.本实用新型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； 图2是图1中主轴受到外载荷的作用时的结构示意图； 图3是本实用新型的动静压轴承与进给机构的结构示意图； 图4是本实用新型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 1-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-上油腔；10-第二放大器；ll-动静压轴承
套；12-承压槽；13-回油槽；14-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-后定心静压轴承。
具体实施方式为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合 附图详细说明本实用新型的采用电液伺服阀控制的动静压主轴结构如下 如图3所示，本实用新型的采用电液伺服阀控制的动静压主轴结构，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所示为采用电液伺服阀控制的动静压主轴结构第二实施例，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。第二实施例的采用电液伺服阀控制的动静压 主轴结构，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。 本实用新型所使用的电容位移传感器17的分辨率可高达lnm。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lnm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
5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(lnm)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。
权利要求一种采用电液伺服阀控制的动静压主轴结构，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所述的采用电液伺服阀控制的动静压主轴结构，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所述的采用电液伺服阀控制的动静压主轴结构，其特征是所述的 第一供油系统(1)与第二供油系统(16)结构相同。
4. 一种采用电液伺服阀控制的动静压主轴结构，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)，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所述的采用电液伺服阀控制的动静压主轴结构，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l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。
专利摘要一种采用电液伺服阀控制的动静压主轴结构，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。本实用新型旋转精度高，刚性更高，抗振性好。
文档编号F16C32/06GK201521556SQ200920097680
公开日2010年7月7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