專利名稱：數(shù)字式電液伺服泵控制的超精密動靜壓軸承及超微進給機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種動靜壓軸承，特別是涉及一種能夠提高主軸的轉(zhuǎn)動精度的數(shù)字式 電液伺服泵控制的超精密動靜壓軸承及超微進給機構(gòu)。
背景技術(shù)：
動靜壓軸承由于具有摩擦力小，使用壽命長，抗振性能好，精度較高等特點，在機 床主軸上獲得廣泛的應(yīng)用，但隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，特別是國防工業(yè)、航空工業(yè)的發(fā)展，對 主軸的旋轉(zhuǎn)精度要求越來越高，常規(guī)的動靜壓軸承已不能滿足需要，因此需要研發(fā)旋轉(zhuǎn)精 度更高的動靜壓軸承(主軸徑向跳動0. 0001 0. 000001mm)。同時在超精密加工中，需要 0. 0001 0. OOOOOlmm的微細(xì)進給，而這靠現(xiàn)在已有的常規(guī)進給機構(gòu)是無法完成的。圖1為傳統(tǒng)恒壓供油動靜壓軸承原理圖，這種恒壓供油動靜壓軸承由供油系統(tǒng)1， 小孔節(jié)流器2和主軸結(jié)構(gòu)3三部分組成，其工作原理如下當(dāng)供油系統(tǒng)的油泵尚未啟動時， 軸承油腔內(nèi)沒有壓力油，主軸4由于重力而壓在軸承套的下部。油泵啟動后，壓力油通過節(jié) 流器進入相對應(yīng)的軸承承載腔。如果忽略主軸4的重量，則主軸4會被油壓浮起至軸承套 中心位置，此時主軸4各處的間隙相等，各承載腔壓力相等，主軸4處于液體摩擦狀態(tài)，主軸 4可以啟動。當(dāng)主軸4受到外載荷的作用時，會在外力F的作用下產(chǎn)生一個微小位移e (見圖 2)，使下油腔7的間隙從Iltl變小為Iltl - e，封油面上的油阻力增大，從而使下油腔7的壓力 上升，相應(yīng)的對面的上油腔9的壓力會下降，從而有一壓差作用在主軸4上，當(dāng)這一壓差大 到一定程度時，其產(chǎn)生的反作用力與外力F平衡時，主軸4就停止在一個新的位置。這就是 動靜壓主軸的工作原理，它告訴我們，這種主軸的工作是建立在主軸的適量移動上，沒有這 一移動，它就無法工作。在實際的靜壓軸承中，這一移動量只有幾微米，這對大多數(shù)的使用 場合精度已是足夠了。但隨著國防工業(yè)的發(fā)展，特別是航空航天事業(yè)的發(fā)展，需要把主軸的 轉(zhuǎn)動精度提高到更高，使其回轉(zhuǎn)精度達到0. OOOOlmm或更高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種能夠提高主軸的轉(zhuǎn)動精度 和剛度的數(shù)字式電液伺服泵控制的超精密動靜壓軸承及超微進給機構(gòu)。本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是一種數(shù)字式電 液伺服泵控制的超精密動靜壓軸承及超微進給機構(gòu)，包括有分別通過9個小孔節(jié)流器向主 軸機構(gòu)供油的第一供油系統(tǒng)，還設(shè)置有向主軸結(jié)構(gòu)中的前定心靜壓軸承供油的第二供油系 統(tǒng)；所述主軸結(jié)構(gòu)是由主軸、套在主軸前端的前定心動靜壓軸承套、套在主軸后端的后定心 動靜壓軸承套和設(shè)置在主軸前端設(shè)定位置的靜壓止推軸承及法蘭構(gòu)成；所述前定心動靜壓 軸承套和后定心動靜壓軸承套的內(nèi)周面上各設(shè)置有均布的四個承壓槽和四個回油槽，后定 心動靜壓軸承套的四個承壓槽由所述第一供油系統(tǒng)通過四個節(jié)流器供油，所述前定心動靜壓軸承套的垂直方向的兩個承壓槽由所述第一供油系統(tǒng)通過節(jié)流器供油，而水平方向的兩 個承壓槽中的一個由第二供油系統(tǒng)供油，另一個仍由第一供油系統(tǒng)通過節(jié)流器供油；所述 的前定心動靜壓軸承套和后定心動靜壓軸承套的四個回油槽均與油箱相通；所述的靜壓止 推軸承經(jīng)由小孔節(jié)流器由第一供油系統(tǒng)供油。所述的第二供油系統(tǒng)包括有通過油路依次相連的油箱、粗濾油器、泵和精密油濾 器，所述的泵連接伺服電機，所述的伺服電機是通過依次連接第二放大器及比較器接收控 制指令信號來驅(qū)動泵，所述的精密油濾器的輸出通過油路連接所述的前定心動靜壓軸承套 水平方向的兩個承壓槽中的一個，所述的泵和伺服電機構(gòu)成數(shù)字式電液伺服泵。所述的前定心動靜壓軸承套水平方向的兩個承壓槽中由供油系統(tǒng)供油的那個承 壓槽處設(shè)置有一精密壓力傳感器，所述的精密壓力傳感器通過第一放大器與比較器相連。一種數(shù)字式電液伺服泵控制的超精密動靜壓軸承及超微進給機構(gòu)，包括有分別通 過3個小孔節(jié)流器向主軸機構(gòu)供油的第一供油系統(tǒng)，還設(shè)置有向主軸結(jié)構(gòu)中的前定心靜壓 軸承供油的第二供油系統(tǒng)；所述主軸結(jié)構(gòu)是由主軸、套在主軸前端的前定心動靜壓軸承套、 套在主軸后端的后定心動靜壓軸承套和設(shè)置在主軸前端設(shè)定位置的靜壓止推軸承及法蘭 構(gòu)成；所述前定心動靜壓軸承套的內(nèi)周面上設(shè)置有3對共6個均布承壓槽和六個回油槽，所 述每對承壓槽中的一個承壓槽是由第一供油系統(tǒng)供油，與該承壓槽對應(yīng)的另一個承壓槽是 由第二供油系統(tǒng)供油，所述的六個回油槽均與油箱相通；所述的靜壓止推軸承經(jīng)由小孔節(jié) 流器由第一供油系統(tǒng)供油。所述的第二供油系統(tǒng)包括有分別對應(yīng)的向三個承壓槽供油的三個相同結(jié)構(gòu)的數(shù) 字式供油系統(tǒng)，所述的數(shù)字式供油系統(tǒng)包括有通過油路依次連接的油箱、粗濾油器、泵和精 密油濾器，所述的泵連接伺服電機，所述的伺服電機是通過依次連接第二放大器及比較器 接收控制指令信號來驅(qū)動泵，所述的精密油濾器的輸出通過油路連接所述的承壓槽，所述 的泵和伺服電機構(gòu)成數(shù)字式電液伺服泵。所述的由第一供油系統(tǒng)供油的三個承壓槽處各設(shè)置1個精密壓力傳感器，每一個 精密壓力傳感器通過一個第一放大器與比較器相連。本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是，本發(fā)明的數(shù)字式電液伺服泵控制的超精密動靜 壓軸承及超微進給機構(gòu)，具有以下優(yōu)點
1.旋轉(zhuǎn)精度高，主軸徑向跳動<IOnm ；
2.剛性更高，抗振性好；
3.本發(fā)明可利用數(shù)字式伺服泵的控制，通過改變油膜的厚度，使主軸產(chǎn)生一相應(yīng)微小 位移用來完成超精加工中的超精進給，即本發(fā)明可作為超精密進給機構(gòu)使用；
4.本發(fā)明由于可以檢測主軸的承壓槽的壓力變化，可同時具有磨削指示和防碰撞功能。5.如有需要，與前軸承由數(shù)字式電液伺服泵控制的承壓槽對面的承壓槽也可使用 數(shù)字式電液伺服泵控制，這樣可提高控制的靈敏度，同樣后軸承和推力軸承也可以采用數(shù) 字式電液伺服泵控制，只是這樣成本也會大大提高。6.由于可以減小主軸的移動幅度，本發(fā)明也可用作主軸的動平衡裝置。7.本發(fā)明中的精密壓力傳感器也可改用高分辨率精密位移傳感器，伺服電機也可 改為變頻電機。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的動靜壓軸承的結(jié)構(gòu)示意圖2是圖1中主軸受到外載荷的作用時的結(jié)構(gòu)示意圖3. 1是本發(fā)明數(shù)字式電液伺服泵控制的超精密動靜壓軸承及超微進給機構(gòu)的結(jié) 構(gòu)示意圖3. 2是數(shù)字式電液伺服泵控制的超精密動靜壓軸承及超微進給機構(gòu)控制原理
圖4是本發(fā)明數(shù)字式電液伺服泵控制的超精密動靜壓軸承及超微進給機構(gòu)的另一 實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中的標(biāo)號分別是
1 一第一供油系統(tǒng)；2—小孔節(jié)流器；3—主軸結(jié)構(gòu)；4一主軸；5—法蘭；6—靜壓止推軸 承套；7—下油腔；8、8'-前定心動靜壓軸承套；9一上油腔；10—第二放大器；11 一后定 心動靜壓軸承套；12—承壓槽；13—回油槽；14一油箱；15—泵；16—第二供油系統(tǒng)；17— 精密壓力傳感器；18—第一放大器；19一比較器；20—壓力繼電器；21—油箱；22—吸油粗 濾；23—電機；24—油泵；25—壓力表；26—溢流閥；27—粗濾油器；28—精密油濾；29—蓄 能器；30—單向閥；31—壓力表；A_靜壓止推軸承；B、B' —前定心靜壓軸承；C一后定心靜 壓軸承；32—伺服電機；33—粗濾油器；34—油箱；35—精密油濾器；36—指令；37—數(shù)字 式電液伺服泵；38—主軸位置；39—精密壓力傳感器。
具體實施例方式為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖 詳細(xì)說明本發(fā)明的數(shù)字式電液伺服泵控制的超精密動靜壓軸承及超微進給機構(gòu)如下
如圖3. 1所示，本發(fā)明的數(shù)字式電液伺服泵控制的超精密動靜壓軸承及超微進給機 構(gòu)，包括有分別通過9個小孔節(jié)流器2向主軸機構(gòu)3供油的第一供油系統(tǒng)1，還設(shè)置有向主 軸結(jié)構(gòu)3中的前定心靜壓軸承B供油的第二供油系統(tǒng)16 ；所述主軸結(jié)構(gòu)3是由主軸4、套 在主軸4前端的前定心動靜壓軸承套8、套在主軸4后端的后定心動靜壓軸承套11和設(shè)置 在主軸4前端設(shè)定位置的靜壓止推軸承6及法蘭5構(gòu)成；所述前定心動靜壓軸承套8和后 定心動靜壓軸承套11的內(nèi)周面上各設(shè)置有均布的大小一致的四個承壓槽12和四個回油槽 13，后定心動靜壓軸承套11的四個承壓槽12由所述第一供油系統(tǒng)1通過四個節(jié)流器2供 油，所述前定心動靜壓軸承套8的垂直方向的兩個承壓槽12由所述第一供油系統(tǒng)1通過節(jié) 流器2供油，而水平方向的兩個承壓槽12中的一個由第二供油系統(tǒng)16供油，另一個仍由第 一供油系統(tǒng)1通過節(jié)流器2供油；所述的前定心動靜壓軸承套8和后定心動靜壓軸承套11 的四個回油槽13均與油箱14相通；所述的靜壓止推軸承6經(jīng)由小孔節(jié)流器2由第一供油 系統(tǒng)1供油。所述的第二供油系統(tǒng)16包括有通過油路依次相連的油箱34、粗濾油器33、泵15 和精密油濾器35，所述的泵15連接伺服電機32，所述的伺服電機32是通過依次連接第二 放大器10及比較器19接收控制指令信號L來驅(qū)動泵15，所述的精密油濾器35的輸出通過 油路連接所述的前定心動靜壓軸承套8水平方向的兩個承壓槽12中的一個，所述的泵15和伺服電機32構(gòu)成數(shù)字式電液伺服泵。所述的前定心動靜壓軸承套8水平方向的兩個承壓槽12中由供油系統(tǒng)1供油的 那個承壓槽12處設(shè)置有一精密壓力傳感器17，所述的精密壓力傳感器17通過第一放大器 18與比較器19相連，所述的比較器19接收已設(shè)定的用于與精密壓力傳感器17反饋的信號 進行比較的指令信號，從而形成全閉環(huán)控制。如圖4所示，是本發(fā)明的第二實施例，這一實施例的后軸承套11和靜壓止推軸承 6與實施例1完全相同，未在圖4中表示(可以參考圖3. 1)，本發(fā)明的數(shù)字式電液伺服泵控 制的超精密動靜壓軸承及超微進給機構(gòu)，還可以是包括有分別通過3個小孔節(jié)流器2向主 軸機構(gòu)3供油的第一供油系統(tǒng)1，還設(shè)置有向主軸結(jié)構(gòu)3中的前定心靜壓軸承B'供油的第 二供油系統(tǒng)；所述主軸結(jié)構(gòu)3是由主軸4、套在主軸4前端的前定心動靜壓軸承套8'、套在 主軸4后端的后定心動靜壓軸承套11和設(shè)置在主軸4前端設(shè)定位置的靜壓止推軸承6及 法蘭5構(gòu)成；所述前定心動靜壓軸承套8'的內(nèi)周面上設(shè)置有3對共6個均布承壓槽12和 六個回油槽13，所述每對承壓槽12中的一個承壓槽12是由第一供油系統(tǒng)1供油，與該承 壓槽對應(yīng)的另一個承壓槽12是由第二供油系統(tǒng)供油，所述的六個回油槽13均與油箱14相 通；所述的靜壓止推軸承6經(jīng)由小孔節(jié)流器2由第一供油系統(tǒng)1供油。所述的第二供油系統(tǒng)包括有分別對應(yīng)的向三個承壓槽12供油的三個相同結(jié)構(gòu) 的數(shù)字式供油系統(tǒng)，所述的數(shù)字式供油系統(tǒng)包括有通過油路依次連接的油箱34、粗濾油器 33、泵15和精密油濾器35，所述的泵15連接伺服電機32，所述的伺服電機32是通過依次 連接第二放大器10及比較器19接收控制指令信號L來驅(qū)動泵15，所述的精密油濾器35的 輸出通過油路連接所述的承壓槽12，所述的泵15和伺服電機32構(gòu)成數(shù)字式電液伺服泵。所述的由第一供油系統(tǒng)1供油的三個承壓槽12處各設(shè)置1個精密壓力傳感器17， 每一個精密壓力傳感器17通過一個第一放大器18與比較器19相連。所述的比較器19接 收已設(shè)定的用于與精密壓力傳感器17反饋的信號進行比較的指令信號。本發(fā)明所使用的精密壓力傳感器17的分辨率換算成位移可高達lnm。在使用了數(shù) 字式電液伺服泵的主軸結(jié)構(gòu)3中，當(dāng)外力作用在主軸4上時，主軸4的移動在只有Inm時就 被精密壓力傳感器17測量到，并發(fā)出反饋信號，數(shù)字式電液伺服泵(15、32)將這一信號轉(zhuǎn) 換放大為油腔的相應(yīng)油壓差。這一油壓差與外力平衡，使主軸4僅移動了非常小的位移(1 nm)就停下來，而此時的偏心量e，要比圖2所示結(jié)構(gòu)小很多，只要選用的數(shù)字式電液伺服泵 (15,32)頻率響應(yīng)足夠快，作為反饋元件的精密壓力傳感器17的分辨率足夠高，就可以使 主軸4的位移小于lOnm，即其旋轉(zhuǎn)精度可達10nm。如有必要，可以使用兩個數(shù)字式電液伺服泵對前軸承8進行控制，以實現(xiàn)對主軸 進行更快的控制，使主軸具有更高的剛性和精度。當(dāng)欲實現(xiàn)更快的調(diào)節(jié)速度，實現(xiàn)更高的速 度和精度時，也可采用六個數(shù)字式電液伺服泵對前前定心動靜壓軸承套8進行控制。本發(fā) 明所使用的精密壓力傳感器也可改用高分辨率位移傳感器，所使用的伺服電機也可改用變 頻電機。
權(quán)利要求
一種數(shù)字式電液伺服泵控制的超精密動靜壓軸承及超微進給機構(gòu)，包括有分別通過9個小孔節(jié)流器(2)向主軸機構(gòu)(3)供油的第一供油系統(tǒng)(1)，其特征在于，還設(shè)置有向主軸結(jié)構(gòu)(3)中的前定心靜壓軸承(B)供油的第二供油系統(tǒng)(16)；所述主軸結(jié)構(gòu)(3)是由主軸(4)、套在主軸(4)前端的前定心動靜壓軸承套(8)、套在主軸(4)后端的后定心動靜壓軸承套(11)和設(shè)置在主軸(4)前端設(shè)定位置的靜壓止推軸承(6)及法蘭(5)構(gòu)成；所述前定心動靜壓軸承套(8)和后定心動靜壓軸承套(11)的內(nèi)周面上各設(shè)置有均布的四個承壓槽(12)和四個回油槽(13)，后定心動靜壓軸承套(11)的四個承壓槽(12)由所述第一供油系統(tǒng)(1)通過四個節(jié)流器(2)供油，所述前定心動靜壓軸承套(8)的垂直方向的兩個承壓槽(12)由所述第一供油系統(tǒng)(1)通過節(jié)流器(2)供油，而水平方向的兩個承壓槽(12)中的一個由第二供油系統(tǒng)(16)供油，另一個仍由第一供油系統(tǒng)(1)通過節(jié)流器(2)供油；所述的前定心動靜壓軸承套(8)和后定心動靜壓軸承套(11)的四個回油槽(13)均與油箱(14)相通；所述的靜壓止推軸承(6)經(jīng)由小孔節(jié)流器(2)由第一供油系統(tǒng)(1)供油。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字式電液伺服泵控制的超精密動靜壓軸承及超微進給機 構(gòu)，其特征是所述的第二供油系統(tǒng)(16)包括有通過油路依次相連的油箱(34)、粗濾油器 (33)、泵(15)和精密油濾器(35)，所述的泵(15)連接伺服電機(32)，所述的伺服電機(32) 是通過依次連接第二放大器(10)及比較器(19)接收控制指令信號(L)來驅(qū)動泵(15)，所述 的精密油濾器(35)的輸出通過油路連接所述的前定心動靜壓軸承套(8)水平方向的兩個 承壓槽(12)中的一個，所述的泵(15)和伺服電機(32)構(gòu)成數(shù)字式電液伺服泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字式電液伺服泵控制的超精密動靜壓軸承及超微進給機 構(gòu)，其特征是所述的前定心動靜壓軸承套(8)水平方向的兩個承壓槽(12)中由供油系統(tǒng)(I)供油的那個承壓槽(12)處設(shè)置有一精密壓力傳感器(17)，所述的精密壓力傳感器(17) 通過第一放大器(18)與比較器(19)相連。
4.一種數(shù)字式電液伺服泵控制的超精密動靜壓軸承及超微進給機構(gòu)，包括有分別通過 3個小孔節(jié)流器(2)向主軸機構(gòu)(3)供油的第一供油系統(tǒng)(1)，其特征在于，還設(shè)置有向主軸 結(jié)構(gòu)(3)中的前定心靜壓軸承(B')供油的第二供油系統(tǒng)；所述主軸結(jié)構(gòu)(3)是由主軸(4)、 套在主軸(4)前端的前定心動靜壓軸承套(8')、套在主軸(4)后端的后定心動靜壓軸承套(II)和設(shè)置在主軸(4)前端設(shè)定位置的靜壓止推軸承(6)及法蘭(5)構(gòu)成；所述前定心動 靜壓軸承套(8')的內(nèi)周面上設(shè)置有3對共6個均布承壓槽(12)和六個回油槽(13)，所述 每對承壓槽(12)中的一個承壓槽(12)是由第一供油系統(tǒng)(1)供油，與該承壓槽對應(yīng)的另一 個承壓槽(12)是由第二供油系統(tǒng)供油，所述的六個回油槽(13)均與油箱(14)相通；所述的 靜壓止推軸承(6)經(jīng)由小孔節(jié)流器(2)由第一供油系統(tǒng)(1)供油。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)字式電液伺服泵控制的超精密動靜壓軸承及超微進給機 構(gòu)，其特征是所述的第二供油系統(tǒng)包括有分別對應(yīng)的向三個承壓槽(12)供油的三個相同 結(jié)構(gòu)的數(shù)字式供油系統(tǒng)，所述的數(shù)字式供油系統(tǒng)包括有通過油路依次連接的油箱(34)、粗 濾油器(33)、泵(15)和精密油濾器(35)，所述的泵(15)連接伺服電機(32)，所述的伺服電 機(32)是通過依次連接第二放大器(10)及比較器(19)接收控制指令信號(L)來驅(qū)動泵 (15)，所述的精密油濾器(35)的輸出通過油路連接所述的承壓槽(12)，所述的泵(15)和伺 服電機(32)構(gòu)成數(shù)字式電液伺服泵。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)字式電液伺服泵控制的超精密動靜壓軸承及超微進給機構(gòu)，其特征是所述的由第一供油系統(tǒng)(1)供油的三個承壓槽(12)處各設(shè)置1個精密壓力 傳感器(17)，每一個精密壓力傳感器(17)通過一個第一放大器(18)與比較器(19)相連。
全文摘要
一種數(shù)字式電液伺服泵控制的超精密動靜壓軸承及超微進給機構(gòu)，有向主軸機構(gòu)供油的第一供油系統(tǒng)，向主軸結(jié)構(gòu)中的前定心靜壓軸承供油的第二供油系統(tǒng)；主軸結(jié)構(gòu)有主軸、套在主軸前端的前定心動靜壓軸承套、套在主軸后端的后定心動靜壓軸承套和設(shè)置在主軸前端設(shè)定位置的靜壓止推軸承及法蘭構(gòu)成；前定心動靜壓軸承套和后定心動靜壓軸承套的內(nèi)周面上均布有四個承壓槽和四個回油槽，后定心動靜壓軸承套的四個承壓槽由第一供油系統(tǒng)供油，前定心動靜壓軸承套的垂直方向的兩個承壓槽由第一供油系統(tǒng)供油，而水平方向的兩個承壓槽分別由第一供油系統(tǒng)和第二供油系統(tǒng)供油；前定心動靜壓軸承套和后定心動靜壓軸承套的四個回油槽均與油箱相通；靜壓止推軸承由第一供油系統(tǒng)供油。
文檔編號B23Q5/32GK101985958SQ20101053213
公開日2011年3月16日 申請日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者路文忠 申請人:路文忠