一種具有回轉(zhuǎn)誤差監(jiān)測功能的空氣靜壓主軸的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種具有回轉(zhuǎn)誤差監(jiān)測功能的空氣靜壓主軸。若不對高精度主軸進(jìn)行回轉(zhuǎn)誤差在線監(jiān)測，并不能達(dá)到最好的加工質(zhì)量。本實用新型中兩個空氣靜壓軸承的每個電極板安裝槽內(nèi)設(shè)有一片弧形電極板；空氣靜壓軸承的外圓面開設(shè)有兩個通氣孔組，內(nèi)端面開設(shè)有環(huán)形槽和沿圓周分布的多個止推孔；通氣孔組包括多個通氣孔；通氣孔包括集氣孔、增壓孔和穩(wěn)壓孔；兩個通氣孔組的所有集氣孔均與環(huán)形槽連通；其中一個通氣孔組的每個集氣孔與對應(yīng)一個止推孔的內(nèi)端連通；所有止推孔的外端均套置有節(jié)流器。本實用新型將主軸、空氣靜壓軸承和柱面電容傳感器集成于一體，能對主軸進(jìn)行回轉(zhuǎn)誤差在線監(jiān)測、補(bǔ)償。
【專利說明】一種具有回轉(zhuǎn)誤差監(jiān)測功能的空氣靜壓主軸

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于超精密加工機(jī)床領(lǐng)域，涉及一種空氣靜壓主軸，具體涉及具有回轉(zhuǎn)誤差監(jiān)測功能的空氣靜壓主軸。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代制造技術(shù)對加工精度要求的不斷提高，超精密加工機(jī)床得到了迅速發(fā)展。高精度主軸作為超精密加工機(jī)床的核心部件更是成為了熱門的研究內(nèi)容。在各類主軸中，空氣靜壓主軸憑借其高精度、低摩擦等特點已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注。然而，主軸的運(yùn)動精度取決于多方面的因素，包括主軸的靜剛度、動剛度、熱剛度等。要想獲得高精度的主軸運(yùn)動精度，除了采取一系列措施(如采用高精度軸承、良好的動平衡等)達(dá)到高精度的方案夕卜，另一個比較經(jīng)濟(jì)、有效的方案是在線監(jiān)測主軸的回轉(zhuǎn)精度，對監(jiān)測結(jié)果實施在線補(bǔ)償以提高主軸的運(yùn)動精度。若不對高精度主軸進(jìn)行回轉(zhuǎn)誤差在線監(jiān)測，它并不能在理想加工條件下達(dá)到最好的加工質(zhì)量，更別說進(jìn)一步地用于機(jī)床加工補(bǔ)償控制，判斷產(chǎn)生加工誤差的原因以及主軸的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷等。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有回轉(zhuǎn)誤差監(jiān)測功能的空氣靜壓主軸,將主軸、空氣靜壓軸承和具有回轉(zhuǎn)誤差監(jiān)測功能的柱面電容傳感器集成于一體，形成了一套具有回轉(zhuǎn)誤差在線監(jiān)測與補(bǔ)償功能的空氣靜壓主軸系統(tǒng)，能對主軸進(jìn)行回轉(zhuǎn)誤差在線監(jiān)測、補(bǔ)償，提高空氣靜壓主軸的精度、剛度。
[0004]本實用新型包括柱面電容傳感器、空氣靜壓軸承、節(jié)流器、密封塞和主軸。所述主軸的中部設(shè)有一體成型的止推盤；所述空氣靜壓軸承在中心處開設(shè)有主軸安裝孔；主軸安裝孔的外端孔壁開設(shè)有沿圓周均布的多個電極板安裝槽；所述的柱面電容傳感器包括多片弧形電極板，弧形電極板的數(shù)量與電極板安裝槽的數(shù)量相等；兩個空氣靜壓軸承的每個電極板安裝槽內(nèi)設(shè)有一片弧形電極板，弧形電極板的兩端面分別與對應(yīng)電極板安裝槽的兩側(cè)壁配合連接；所述主軸的兩端分別套置在兩個空氣靜壓軸承的主軸安裝孔內(nèi)；所述止推盤的兩端面分別與一個空氣靜壓軸承的內(nèi)端面相對設(shè)置，且均設(shè)有間隙；所述的兩個空氣靜壓軸承通過螺釘連接。
[0005]所述空氣靜壓軸承的外圓面沿軸向開設(shè)有兩個通氣孔組，內(nèi)端面開設(shè)有環(huán)形槽和沿圓周分布的多個止推孔；兩個空氣靜壓軸承的環(huán)形槽連通；所述的通氣孔組包括沿圓周均布且數(shù)量與止推孔相等的多個通氣孔；所述的通氣孔沿空氣靜壓軸承的徑向設(shè)置，包括集氣孔、增壓孔和穩(wěn)壓孔；所述集氣孔的外端開口于空氣靜壓軸承的外圓面；所述增壓孔的兩端分別與集氣孔的內(nèi)端和穩(wěn)壓孔的內(nèi)端連通；所述穩(wěn)壓孔的外端開口于主軸安裝孔的孔壁；兩個通氣孔組中的一個集氣孔為進(jìn)氣孔，其余所有集氣孔的頂端設(shè)有密封塞；兩個通氣孔組的所有集氣孔均與環(huán)形槽連通；其中一個通氣孔組的每個集氣孔與對應(yīng)一個止推孔的內(nèi)端連通；所有止推孔的外端均套置有節(jié)流器。
[0006]所述主軸的外圓面、空氣靜壓軸承的主軸安裝孔的孔壁、止推盤的兩端面、空氣靜壓軸承與止推盤的相對面均為超精密加工面。
[0007]本實用新型的有益效果為:
[0008]1、本實用新型將主軸、空氣靜壓軸承和具有回轉(zhuǎn)誤差監(jiān)測功能的柱面電容傳感器集成于一體，形成了一套具有回轉(zhuǎn)誤差在線監(jiān)測與補(bǔ)償功能的空氣靜壓主軸系統(tǒng)，它能實時獲取主軸回轉(zhuǎn)誤差信號，并對機(jī)床的主軸運(yùn)動誤差進(jìn)行實時反饋和補(bǔ)償，提高機(jī)床的加工精度。
[0009]2、本實用新型通過對稱設(shè)置的兩個空氣靜壓軸承就能實現(xiàn)對主軸兩端的徑向靜壓支承和軸向止推功能；結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、裝配簡單且誤差小、檢測精度高。
[0010]3、本實用新型的環(huán)形槽保證了輸入節(jié)流器的空氣壓強(qiáng)相等、穩(wěn)定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型的整體結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0012]圖2為本實用新型的側(cè)視圖；
[0013]圖3為本實用新型中空氣靜壓軸承的剖視圖；
[0014]圖4為圖1的B處局部放大視圖。

【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。
[0016]如圖1、2和3所示，一種具有回轉(zhuǎn)誤差監(jiān)測功能的空氣靜壓主軸，包括柱面電容傳感器、空氣靜壓軸承2、節(jié)流器3、密封塞4、主軸5和螺釘6。主軸5的中部設(shè)有一體成型的止推盤5-1 ;空氣靜壓軸承2在中心處開設(shè)有主軸安裝孔2-1 ;主軸安裝孔2-1的外端孔壁開設(shè)有沿圓周均布的四個電極板安裝槽2-2 ;柱面電容傳感器包括四片弧形電極板1-1 ;兩個空氣靜壓軸承2的每個電極板安裝槽2-2內(nèi)設(shè)有一片弧形電極板1-1，弧形電極板1-1的兩端面分別與對應(yīng)電極板安裝槽2-2的兩側(cè)壁配合連接；主軸5的兩端分別套置在兩個空氣靜壓軸承的主軸安裝孔2-1內(nèi)；止推盤5-1的兩端面分別與一個空氣靜壓軸承2的內(nèi)端面相對設(shè)置，且均設(shè)有間隙；兩個空氣靜壓軸承2通過螺釘6連接；兩個空氣靜壓軸承2依靠空氣靜壓支承及止推主軸5，使得主軸5相對空氣靜壓軸承2轉(zhuǎn)動。
[0017]如圖3和4所示，空氣靜壓軸承2的外圓面沿軸向開設(shè)有兩個通氣孔組，內(nèi)端面開設(shè)有環(huán)形槽2-3和沿圓周分布的十個止推孔2-4 ;兩個空氣靜壓軸承2的環(huán)形槽2-3連通；通氣孔組包括沿圓周均布的十個通氣孔；通氣孔沿空氣靜壓軸承2的徑向設(shè)置，包括集氣孔2-5、增壓孔2-6和穩(wěn)壓孔2-7 ;集氣孔2-5的外端開口于空氣靜壓軸承2的外圓面；增壓孔2-6的兩端分別與集氣孔2-5的內(nèi)端和穩(wěn)壓孔2-7的內(nèi)端連通；穩(wěn)壓孔2-7的外端開口于主軸安裝孔2-1的孔壁；兩個通氣孔組中的一個集氣孔2-5為進(jìn)氣孔2-8，其余所有集氣孔2-5的頂端設(shè)有密封塞4 ;兩個通氣孔組的所有集氣孔2-5均與環(huán)形槽2-3連通；其中一個通氣孔組的每個集氣孔與對應(yīng)一個止推孔2-4的內(nèi)端連通；所有止推孔2-4的外端均套置有節(jié)流器3。
[0018]主軸5的外圓面、空氣靜壓軸承2的主軸安裝孔2-1的孔壁、止推盤5-1的兩端面、空氣靜壓軸承2與止推盤5-1的相對面均為超精密加工面。
[0019]該具有回轉(zhuǎn)誤差監(jiān)測功能的空氣靜壓主軸的工作原理:
[0020]高壓空氣分別通過兩個空氣靜壓軸承的進(jìn)氣孔2-8進(jìn)入各自的環(huán)形槽2-3中；環(huán)形槽2-3中的高壓空氣分流至各個通氣孔的集氣孔2-5中，經(jīng)增壓孔2-6增壓和穩(wěn)壓孔2-7穩(wěn)壓后噴至主軸5與主軸安裝孔2-1的間隙中，形成具有支承能力的壓力氣膜，從而實現(xiàn)空氣靜壓軸承2對主軸5的徑向支承；主軸5兩端的通氣孔組對稱設(shè)置，主軸5兩端所受徑向力相互平衡；每個通氣孔組的通氣孔沿圓周均布，使得每處壓力氣膜沿主軸5的周向均勻分布，壓力氣膜穩(wěn)定。與止推孔2-4連通的集氣孔將部分高壓空氣分流至止推孔2-4，并噴向止推盤5-1，從而在止推盤5-1與空氣靜壓軸承2的相對面之間形成封閉式的止推氣膜，可以承受軸向載荷，實現(xiàn)空氣靜壓軸承2軸向止推的功能；止推盤5-1兩端的止推孔2-4對稱設(shè)置，使得兩個空氣靜壓軸承2對止推盤5-1兩端的軸向止推力相等；空氣靜壓軸承2的十個止推孔2-4沿圓周均布，可避免止推盤5-1沿周向受力不均，導(dǎo)致主軸5跳動。
[0021]主軸5的動力輸入端和輸出端處均裝有柱面電容傳感器，每兩塊相對的弧形電極板1-1作為一個電容；當(dāng)主軸5轉(zhuǎn)動時，兩個柱面電容傳感器不僅能監(jiān)測主軸5的徑向跳動誤差，還能監(jiān)測主軸的偏轉(zhuǎn)誤差，并及時將誤差信號反饋給機(jī)床進(jìn)行加工補(bǔ)償，進(jìn)而提高機(jī)床的加工精度。
【權(quán)利要求】
1.一種具有回轉(zhuǎn)誤差監(jiān)測功能的空氣靜壓主軸，包括柱面電容傳感器、空氣靜壓軸承、節(jié)流器、密封塞和主軸，其特征在于: 所述主軸的中部設(shè)有一體成型的止推盤；所述空氣靜壓軸承在中心處開設(shè)有主軸安裝孔；主軸安裝孔的外端孔壁開設(shè)有沿圓周均布的多個電極板安裝槽；所述的柱面電容傳感器包括多片弧形電極板，弧形電極板的數(shù)量與電極板安裝槽的數(shù)量相等；兩個空氣靜壓軸承的每個電極板安裝槽內(nèi)設(shè)有一片弧形電極板，弧形電極板的兩端面分別與對應(yīng)電極板安裝槽的兩側(cè)壁配合連接；所述主軸的兩端分別套置在兩個空氣靜壓軸承的主軸安裝孔內(nèi)；所述止推盤的兩端面分別與一個空氣靜壓軸承的內(nèi)端面相對設(shè)置，且均設(shè)有間隙；所述的兩個空氣靜壓軸承通過螺釘連接； 所述空氣靜壓軸承的外圓面沿軸向開設(shè)有兩個通氣孔組，內(nèi)端面開設(shè)有環(huán)形槽和沿圓周分布的多個止推孔；兩個空氣靜壓軸承的環(huán)形槽連通；所述的通氣孔組包括沿圓周均布且數(shù)量與止推孔相等的多個通氣孔；所述的通氣孔沿空氣靜壓軸承的徑向設(shè)置，包括集氣孔、增壓孔和穩(wěn)壓孔；所述集氣孔的外端開口于空氣靜壓軸承的外圓面；所述增壓孔的兩端分別與集氣孔的內(nèi)端和穩(wěn)壓孔的內(nèi)端連通；所述穩(wěn)壓孔的外端開口于主軸安裝孔的孔壁；兩個通氣孔組中的一個集氣孔為進(jìn)氣孔，其余所有集氣孔的頂端設(shè)有密封塞；兩個通氣孔組的所有集氣孔均與環(huán)形槽連通；其中一個通氣孔組的每個集氣孔與對應(yīng)一個止推孔的內(nèi)端連通；所有止推孔的外端均套置有節(jié)流器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有回轉(zhuǎn)誤差監(jiān)測功能的空氣靜壓主軸，其特征在于:所述主軸的外圓面、空氣靜壓軸承的主軸安裝孔的孔壁、止推盤的兩端面、空氣靜壓軸承與止推盤的相對面均為超精密加工面。
【文檔編號】B23B19/02GK204052940SQ201420488155
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】趙鼎成, 王文, 張敏, 袁科杰, 諸麗燕, 崔學(xué)廣, 盧科青, 范宗尉 申請人:杭州電子科技大學(xué)