专利名称：数字式电液伺服泵控制的超精密动静压轴承及超微进给机构的制作方法
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数 字式电液伺服泵控制的超精密动静压轴承及超微进给机构。
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. OOOOOlmm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和主轴结构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Iltl变小为Iltl - 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 动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. OOOOlmm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 精度和刚度的数字式电液伺服泵控制的超精密动静压轴承及超微进给机构。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数字式 电液伺服泵控制的超精密动静压轴承及超微进给机构，包括有分别通过9个小孔节流器向 主轴机构供油的第一供油系统，还设置有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、套在主轴前端的前定心动静压轴承套、套在主轴后端的后定 心动静压轴承套和设置在主轴前端设定位置的静压止推轴承及法兰构成；所述前定心动静 压轴承套和后定心动静压轴承套的内周面上各设置有均布的四个承压槽和四个回油槽，后 定心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，所述前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 两个承压槽中的一个由第二供油系统供油，另一个仍由第一供油系统通过节流器供油；所 述的前定心动静压轴承套和后定心动静压轴承套的四个回油槽均与油箱相通；所述的静压 止推轴承经由小孔节流器由第一供油系统供油。所述的第二供油系统包括有通过油路依次相连的油箱、粗滤油器、泵和精密油滤 器，所述的泵连接伺服电机，所述的伺服电机是通过依次连接第二放大器及比较器接收控 制指令信号来驱动泵，所述的精密油滤器的输出通过油路连接所述的前定心动静压轴承套 水平方向的两个承压槽中的一个，所述的泵和伺服电机构成数字式电液伺服泵。所述的前定心动静压轴承套水平方向的两个承压槽中由供油系统供油的那个承 压槽处设置有一精密压力传感器，所述的精密压力传感器通过第一放大器与比较器相连。一种数字式电液伺服泵控制的超精密动静压轴承及超微进给机构，包括有分别通 过3个小孔节流器向主轴机构供油的第一供油系统，还设置有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、套在主轴前端的前定心动静压轴承套、 套在主轴后端的后定心动静压轴承套和设置在主轴前端设定位置的静压止推轴承及法兰 构成；所述前定心动静压轴承套的内周面上设置有3对共6个均布承压槽和六个回油槽，所 述每对承压槽中的一个承压槽是由第一供油系统供油，与该承压槽对应的另一个承压槽是 由第二供油系统供油，所述的六个回油槽均与油箱相通；所述的静压止推轴承经由小孔节 流器由第一供油系统供油。所述的第二供油系统包括有分别对应的向三个承压槽供油的三个相同结构的数 字式供油系统，所述的数字式供油系统包括有通过油路依次连接的油箱、粗滤油器、泵和精 密油滤器，所述的泵连接伺服电机，所述的伺服电机是通过依次连接第二放大器及比较器 接收控制指令信号来驱动泵，所述的精密油滤器的输出通过油路连接所述的承压槽，所述 的泵和伺服电机构成数字式电液伺服泵。所述的由第一供油系统供油的三个承压槽处各设置1个精密压力传感器，每一个 精密压力传感器通过一个第一放大器与比较器相连。本实用新型具有的优点和积极效果是，本实用新型的数字式电液伺服泵控制的超 精密动静压轴承及超微进给机构，具有以下优点1.旋转精度高，主轴径向跳动彡IOnm ；2.刚性更高，抗振性好；3.本实用新型可利用数字式伺服泵的控制，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.本实用新型由于可以检测主轴的承压槽的压力变化，可同时具有磨削指示和防 碰撞功能。5.如有需要，与前轴承由数字式电液伺服泵控制的承压槽对面的承压槽也可使用 数字式电液伺服泵控制，这样可提高控制的灵敏度，同样后轴承和推力轴承也可以采用数 字式电液伺服泵控制，只是这样成本也会大大提高。6.由于可以减小主轴的移动幅度，本实用新型也可用作主轴的动平衡装置。7.本实用新型中的精密压力传感器也可改用高分辨率精密位移传感器，伺服电机也可改为变频电机。
图1是现有技术的动静压轴承的结构示意图；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. 1是本实用新型数字式电液伺服泵控制的超精密动静压轴承及超微进给机 构的结构示意图；图3. 2是数字式电液伺服泵控制的超精密动静压轴承及超微进给机构控制原理 图；图4是本实用新型数字式电液伺服泵控制的超精密动静压轴承及超微进给机构 的另一实施例的结构示意图。图中的标号分别是1 一第一供油系统；2—小孔节流器；3—主轴结构；4一主轴；5—法兰；6—静压止 推轴承套；7—下油腔；8、8'-前定心动静压轴承套；9一上油腔；10—第二放大器；11一 后定心动静压轴承套；12—承压槽；13 —回油槽；14一油箱；15—泵；16—第二供油系统； 17—精密压力传感器；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J6—溢流阀；27—粗滤油器；观一精密油滤； 四一蓄能器；30—单向阀；31—压力表；A—静压止推轴承；B、B' 一前定心静压轴承；C一 后定心静压轴承；32—伺服电机；33—粗滤油器；34—油箱；35—精密油滤器；36—指令； 37—数字式电液伺服泵；38—主轴位置；39—精密压力传感器。
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数字式电液伺服泵控制的超精密动静压轴承及超微进给机构 如下如图3. 1所示，本实用新型的数字式电液伺服泵控制的超精密动静压轴承及超微 进给机构，包括有分别通过9个小孔节流器2向主轴机构3供油的第一供油系统1，还设置 有向主轴结构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前端的前定心动静压轴承套8、套在主轴4后端的后定心动静压轴承套11和 设置在主轴4前端设定位置的静压止推轴承6及法兰5构成；所述前定心动静压轴承套8 和后定心动静压轴承套11的内周面上各设置有均布的大小一致的四个承压槽12和四个回 油槽13，后定心动静压轴承套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，所述前定心动静压轴承套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中的一个由第二供油系统16供油，另一个仍 由第一供油系统1通过节流器2供油；所述的前定心动静压轴承套8和后定心动静压轴承 套11的四个回油槽13均与油箱14相通；所述的静压止推轴承6经由小孔节流器2由第一 供油系统1供油。所述的第二供油系统16包括有通过油路依次相连的油箱34、粗滤油器33、泵15 和精密油滤器35，所述的泵15连接伺服电机32，所述的伺服电机32是通过依次连接第二
6CN 201851504 U
说明书
4/4页
放大器10及比较器19接收控制指令信号L来驱动泵15，所述的精密油滤器35的输出通过 油路连接所述的前定心动静压轴承套8水平方向的两个承压槽12中的一个，所述的泵15 和伺服电机32构成数字式电液伺服泵。所述的前定心动静压轴承套8水平方向的两个承压槽12中由供油系统1供油的 那个承压槽12处设置有一精密压力传感器17，所述的精密压力传感器17通过第一放大器 18与比较器19相连，所述的比较器19接收已设定的用于与精密压力传感器17反馈的信号 进行比较的指令信号，从而形成全闭环控制。如图4所示，是本实用新型的第二实施例，这一实施例的后轴承套11和静压止推 轴承6与实施例1完全相同，未在图4中表示(可以参考图3. 1)，本实用新型的数字式电液 伺服泵控制的超精密动静压轴承及超微进给机构，还可以是包括有分别通过3个小孔节流 器2向主轴机构3供油的第一供油系统1，还设置有向主轴结构3中的前定心静压轴承B' 供油的第二供油系统；所述主轴结构3是由主轴4、套在主轴4前端的前定心动静压轴承套 8'、套在主轴4后端的后定心动静压轴承套11和设置在主轴4前端设定位置的静压止推 轴承6及法兰5构成；所述前定心动静压轴承套8'的内周面上设置有3对共6个均布承压 槽12和六个回油槽13，所述每对承压槽12中的一个承压槽12是由第一供油系统1供油， 与该承压槽对应的另一个承压槽12是由第二供油系统供油，所述的六个回油槽13均与油 箱14相通；所述的静压止推轴承6经由小孔节流器2由第一供油系统1供油。所述的第二供油系统包括有分别对应的向三个承压槽12供油的三个相同结构 的数字式供油系统，所述的数字式供油系统包括有通过油路依次连接的油箱34、粗滤油器 33、泵15和精密油滤器35，所述的泵15连接伺服电机32，所述的伺服电机32是通过依次 连接第二放大器10及比较器19接收控制指令信号L来驱动泵15，所述的精密油滤器35的 输出通过油路连接所述的承压槽12，所述的泵15和伺服电机32构成数字式电液伺服泵。所述的由第一供油系统1供油的三个承压槽12处各设置1个精密压力传感器17， 每一个精密压力传感器17通过一个第一放大器18与比较器19相连。所述的比较器19接 收已设定的用于与精密压力传感器17反馈的信号进行比较的指令信号。本实用新型所使用的精密压力传感器17的分辨率换算成位移可高达lnm。在使用 了数字式电液伺服泵的主轴结构3中，当外力作用在主轴4上时，主轴4的移动在只有Inm 时就被精密压力传感器17测量到，并发出反馈信号，数字式电液伺服泵(15、32)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，只要选用的数字式电液 伺服泵(15、32)频率响应足够快，作为反馈元件的精密压力传感器17的分辨率足够高，就 可以使主轴4的位移小于lOnm，即其旋转精度可达10nm。如有必要，可以使用两个数字式电液伺服泵对前轴承8进行控制，以实现对主轴 进行更快的控制，使主轴具有更高的刚性和精度。当欲实现更快的调节速度，实现更高的速 度和精度时，也可采用六个数字式电液伺服泵对前前定心动静压轴承套8进行控制。本实 用新型所使用的精密压力传感器也可改用高分辨率位移传感器，所使用的伺服电机也可改 用变频电机。
权利要求1.一种数字式电液伺服泵控制的超精密动静压轴承及超微进给机构，包括有分别通过 9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)前端的前定心动静压轴承套(8)、套在主轴(4)后端的后定心动静压轴承 套(11)和设置在主轴(4)前端设定位置的静压止推轴承(6)及法兰(5)构成；所述前定心动 静压轴承套(8)和后定心动静压轴承套(11)的内周面上各设置有均布的四个承压槽(12) 和四个回油槽(13)，后定心动静压轴承套(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，所述前定心动静压轴承套(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)中的一个由第 二供油系统(16)供油，另一个仍由第一供油系统(1)通过节流器(2)供油；所述的前定心动 静压轴承套(8)和后定心动静压轴承套(11)的四个回油槽(13)均与油箱(14)相通；所述 的静压止推轴承(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所述的数字式电液伺服泵控制的超精密动静压轴承及超微进给机 构，其特征是所述的第二供油系统(16)包括有通过油路依次相连的油箱(34)、粗滤油器 (33)、泵(15)和精密油滤器(35)，所述的泵(15)连接伺服电机(32)，所述的伺服电机(32) 是通过依次连接第二放大器(10)及比较器(19)接收控制指令信号(L)来驱动泵(15)，所述 的精密油滤器(35)的输出通过油路连接所述的前定心动静压轴承套(8)水平方向的两个 承压槽(12)中的一个，所述的泵(15)和伺服电机(32)构成数字式电液伺服泵。
3.根据权利要求2所述的数字式电液伺服泵控制的超精密动静压轴承及超微进给机 构，其特征是所述的前定心动静压轴承套(8)水平方向的两个承压槽(12)中由供油系统(I)供油的那个承压槽(12)处设置有一精密压力传感器(17)，所述的精密压力传感器(17) 通过第一放大器(18)与比较器(19)相连。
4.一种数字式电液伺服泵控制的超精密动静压轴承及超微进给机构，包括有分别通过 3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；所述主轴结构(3)是由主轴(4)、 套在主轴(4)前端的前定心动静压轴承套(8')、套在主轴(4)后端的后定心动静压轴承套(II)和设置在主轴(4)前端设定位置的静压止推轴承(6)及法兰(5)构成；所述前定心动 静压轴承套(8')的内周面上设置有3对共6个均布承压槽(12)和六个回油槽(13)，所述 每对承压槽(12)中的一个承压槽(12)是由第一供油系统(1)供油，与该承压槽对应的另一 个承压槽(12)是由第二供油系统供油，所述的六个回油槽(13)均与油箱(14)相通；所述的 静压止推轴承(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所述的数字式电液伺服泵控制的超精密动静压轴承及超微进给机 构，其特征是所述的第二供油系统包括有分别对应的向三个承压槽(12)供油的三个相同 结构的数字式供油系统，所述的数字式供油系统包括有通过油路依次连接的油箱(34)、粗 滤油器(33)、泵(15)和精密油滤器(35)，所述的泵(15)连接伺服电机(32)，所述的伺服电 机(32)是通过依次连接第二放大器(10)及比较器(19)接收控制指令信号(L)来驱动泵 (15)，所述的精密油滤器(35)的输出通过油路连接所述的承压槽(12)，所述的泵(15)和伺 服电机(32)构成数字式电液伺服泵。
6.根据权利要求4所述的数字式电液伺服泵控制的超精密动静压轴承及超微进给机构，其特征是所述的由第一供油系统(1)供油的三个承压槽(12)处各设置1个精密压力 传感器(17)，每一个精密压力传感器(17)通过一个第一放大器(18)与比较器(19)相连。
专利摘要一种数字式电液伺服泵控制的超精密动静压轴承及超微进给机构，有向主轴机构供油的第一供油系统，向主轴结构中的前定心静压轴承供油的第二供油系统；主轴结构有主轴、套在主轴前端的前定心动静压轴承套、套在主轴后端的后定心动静压轴承套和设置在主轴前端设定位置的静压止推轴承及法兰构成；前定心动静压轴承套和后定心动静压轴承套的内周面上均布有四个承压槽和四个回油槽，后定心动静压轴承套的四个承压槽由第一供油系统供油，前定心动静压轴承套的垂直方向的两个承压槽由第一供油系统供油，而水平方向的两个承压槽分别由第一供油系统和第二供油系统供油；前定心动静压轴承套和后定心动静压轴承套的四个回油槽均与油箱相通；静压止推轴承由第一供油系统供油。
文档编号F16C32/06GK201851504SQ20102059263
公开日2011年6月1日 申请日期2010年11月4日 优先权日2010年11月4日
发明者路文忠 申请人:路文忠