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专利号: 2021105060333
申请人: 上海第二工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种高速机床电主轴动态精度调整装置,其特征在于,包括:系统密封装置、液压预紧装置、轴承外圈旋转装置、轴系回转误差缩减装置,并且主轴(3)上第一电主轴动态精度调整装置(1)、第二电主轴动态精度调整装置(2)、第三电主轴动态精度调整装置(4)、第四电主轴动态精度调整装置(5)内部结构相同。

2.根据权利要求1所述的一种高速机床电主轴动态精度调整装置,其特征在于,所述系统密封装置由第一挡板(8)、第一活动阀(9)、第一基座(10)、第二活动阀(11)、第二基座(12)、第三活动阀(13)、第二挡板(14)构成,所述第一挡板(8)与第一活动阀(9)实现密封连接,所述第一挡板(8)与第一基座(10)通过若干第二固定螺栓(43)固定连接,且所述第一活动阀(9)与第一基座(10)密封连接,所述第一活动阀(9)与第二活动阀(11)密封固定连接,所述第一基座(10)与第二活动阀(11)密封配合。

3.根据权利要求2所述的一种高速机床电主轴动态精度调整装置,其特征在于,所述系统密封装置进一步包括第一密封槽(15)、第二密封槽(16)、第三密封槽(17)、第四密封槽(18)、第五密封槽(19)、第六密封槽(20)、第七密封槽(21)、第八密封槽(22)、第九密封槽(23)、第十密封槽(24)、第十一密封槽(25)、第十九密封槽(26)、第二十密封槽(27)、第十二密封槽(28)、第十三密封槽(30)、第十四密封槽(31)、第十五密封槽(32)、第十六密封槽(33)、第一固定螺栓(36)、第一密封螺栓(37)、第一唇形密封圈(38)、第一O形密封圈(39)、第二唇形密封圈(40)、第二O形密封圈(41)、第三O形密封圈(42)、第二固定螺栓(43)、第二密封螺栓(49)、第四O形密封圈(51)、第五O形密封圈(56)、第三密封螺栓(60)、第三唇形密封圈(61)、第四唇形密封圈(66)、第六O形密封圈(69),其中,

所述第一挡板(8)与第一活动阀(9)通过第一密封槽(15)、第二密封槽(16)、第七密封槽(21)、第十密封槽(24)、第一唇形密封圈(38)、第二唇形密封圈(40)之间的配合实现密封;

所述第一挡板(8)与第一基座(10)通过若干第二固定螺栓(43)固定连接,二者通过第三密封槽(17)、第十九密封槽(26)、第三O形密封圈(42)之间的配合实现密封;

所述第一活动阀(9)与第一基座(10)通过第六密封槽(20)、第八密封槽(22)、第九密封槽(23)、第十一密封槽(25)、第二十密封槽(27)、第十二密封槽(28)、第一O形密封圈(39)、第二O形密封圈(41)、第三唇形密封圈(61)、第四唇形密封圈(66)之间的配合实现密封;

所述第一活动阀(9)与第二活动阀(11)通过若干第一固定螺栓(36)固定连接,二者通过第四密封槽(18)、第五密封槽(19)、第十四密封槽(31)、第十五密封槽(32)、第四O形密封圈(51)、第五O形密封圈(56)之间的配合实现密封;

所述第一基座(10)、第二活动阀(11)通过第十三密封槽(30)、第十六密封槽(33)、第六O形密封圈(69)之间的配合实现密封;

所述第二活动阀(11)、第二基座(12)、第三活动阀(13)、第二挡板(14)之间的密封方式与第一挡板(8)、第一活动阀(9)、第一基座(10)、第二活动阀(11)之间的密封方式相同;以及

所述第一密封螺栓(37)、第二密封螺栓(49)、第三密封螺栓(60)分别用于第二阻尼孔(57)、第五导流槽(68)、第九阻尼孔(77)一端工艺孔的密封。

4.根据权利要求3所述的一种高速机床电主轴动态精度调整装置,其特征在于,所述液压预紧装置由第三导流槽(29)、第一通气孔(44)、第三固定螺栓(45)、第一弹簧(46)、第一活塞(47)、第一阻尼孔(48)、第四导流槽(50)、第三通气孔(62)、第五固定螺栓(63)、第三弹簧(64)、第三活塞(65)、第五阻尼孔(67)、第五导流槽(68)、第一输入口(80)、第六导流槽(81)、第一表面(82)、第一楔形腔(83)、斜面(84)、第二表面(85)、第三表面(86)、第七导流槽(87)、第七固定螺栓(88)、第二输出口(89)、第八导流槽(90)、第九导流槽(91)、第八固定螺栓(92)、第一引流腔(93)、第九固定螺栓(94)、第十导流槽(95)、第三输出口(96)、第十一导流槽(97)、第二楔形腔(110)构成;

所述第一输入口(80)、第六导流槽(81)、第七导流槽(87)构成一条油路,将液压油引入预紧装置内,第七固定螺栓(88)将第七导流槽(87)一侧的工艺孔密封,保证油液不泄露;所述第一基座(10)、第二基座(12)安装后,二者上的第三导流槽(29)共同构成一条油路,此油路与第七导流槽(87)、第六导流槽(81)连通;所述第五导流槽(68)分别与第五阻尼孔(67)、第一阻尼孔(48)、第四导流槽(50)、第一楔形腔(83)连通;通过上述结构,液压油从第一输入口(80)进入第一楔形腔(83)内,采用同样的结构,液压油从第一输入口(80)进入第二楔形腔(110)内;

所述第一通气孔(44)、第三固定螺栓(45)、第一弹簧(46)、第一活塞(47)共同构成滤波装置,液压泵输出的油压随时间会有波动,液压油压力的波动会降低液压执行机构的运动精度;所述滤波装置在油压处于波峰时第一弹簧(46)被压缩,在油压处于波谷时第一弹簧(46)复位,以此减小或消除油压波动;所述第一通气孔(44)用于平衡气压;所述第三通气孔(62)、第五固定螺栓(63)、第三弹簧(64)、第三活塞(65)所构成的滤波装置与第一通气孔(44)、第三固定螺栓(45)、第一弹簧(46)、第一活塞(47)构成滤波装置功能相同;

所述第二输出口(89)依次与第八导流槽(90)、第九导流槽(91)连通,第八固定螺栓(92)将第九导流槽(91)一侧的工艺孔密封;所述第三输出口(96)依次与第十一导流槽(97)、第一引流腔(93)、第十导流槽(95)连通;第九固定螺栓(94)将第十导流槽(95)一侧的工艺孔密封;通过上述结构,液压油分别从第一楔形腔(83)、第二楔形腔(110)经第二输出口(89)、第三输出口(96)流出;

所述第一表面(82)、斜面(84)、第二表面(85)、第三表面(86)构成的楔形空间内,具有一定粘性的液压油以一定流速由大口流向小口,这形成了流体动压润滑;所述第二活动阀(11)中第十六密封槽(33)左侧的斜面(84)受到径向力Fr1、轴向力Fa1,同样地,第二活动阀(11)中第十六密封槽(33)右侧的斜面受受到径向力Fr2、轴向力Fa2,由于径向力Fr1、Fr2分别沿圆周方向合力为零,第二活动阀(11)浮在液压油中;所述第二输出口(89)、第三输出口(96)分别与比例溢流阀连接;所述比例溢流阀通过控制第一楔形腔(83)、第二楔形腔(110)内部压强进而控制Fa1、Fa2大小,Fa1、Fa2的相对大小决定第二活动阀(11)轴向运动的方向以及其移动的位移量,且第二活动阀(11)与轴承外圈(6)固定连接,第二活动阀(11)的移动实现轴承预紧;所述第十三密封槽(30)、第十六密封槽(33)、第六O形密封圈(69)所构成的密封系统目的是将第一楔形腔(83)、第二楔形腔(110)隔开,通过控制其输出端的比例溢流阀来控制二者内部压强不同进而实现Fa1、Fa2相对大小不同;

所述第一楔形腔(83)、第二楔形腔(110)均是从第一输入口(80)引入液压油,液压油的波动使得Fa1、Fa2大小出现波动,但由于Fa1、Fa2方向相反且Fa1、Fa2的波峰与波谷同时出现,相互抵消,因此液压油波动对轴承预紧量大小的影响被缩减。

5.根据权利要求3所述的一种高速机床电主轴动态精度调整装置,其特征在于,所述轴承外圈旋转装置由第二活塞(52)、第二弹簧(53)、第二通气孔(54)、第四固定螺栓(55)、第二阻尼孔(57)、第三阻尼孔(58)、第四阻尼孔(59)、第三密封螺栓(60)、第六固定螺栓(70)、第六阻尼孔(71)、第七阻尼孔(72)、第四活塞(73)、第八阻尼孔(74)、锥形腔(75)、第四弹簧(76)、第九阻尼孔(77)、第十阻尼孔(78)、第十一阻尼孔(79)、压电传感器(99)、导向槽(103)、第九O形密封圈(104)、第三楔形腔(105)、第十二阻尼孔(106)、第十固定螺栓(107)、第十二导流槽(108)、第十三导流槽(109)、位置检测装置(118)构成;

所述第六固定螺栓(70)通过螺纹固定在第二活动阀(11)中,其中间开有第六阻尼孔(71);所述第四活塞(73)与第二活动阀(11)活动链接,其内部开有第七阻尼孔(72),其锥形端部横向开有第八阻尼孔(74),其端部通过第四弹簧(76)与第二活动阀(11)连接;所述第四活塞(73)端部锥形表面在第四弹簧(76)压缩后与锥形腔(75)表面密封接触;

所述第二活塞(52)、第二弹簧(53)、第二通气孔(54)、第四固定螺栓(55)所构成的滤波装置与第一通气孔(44)、第三固定螺栓(45)、第一弹簧(46)、第一活塞(47)共同构成滤波装置功能相同;

所述第十阻尼孔(78)、第十一阻尼孔(79)、第九阻尼孔(77)、第三阻尼孔(58)、第二阻尼孔(57)、第四阻尼孔(59)依次连通,将液压油引入第二楔形腔(105)内;所述第三密封螺栓(60)用于第九阻尼孔(77)一端工艺孔的密封;

所述第九O形密封圈(104)安装在第一基座(10)内表面凹槽内,用于导向槽(103)密封,使液压油仅从第三楔形腔(105)沿着收敛空间进入第十二阻尼孔(106)内,进而经过第十三导流槽(109)从第十二导流槽(108)流出;所述第十固定螺栓(107)用于第十三导流槽(109)一端工艺孔的密封;

所述第二活动阀(11)内表面均布若干压电传感器(99)用于检测轴承各方向振动;轴系上并列较多轴承时,各轴承内外圈滚道圆度谐波波峰与波谷的不同搭配对旋转的轴承内圈径向跳动有较明显影响;所述压电传感器(99)收集振动信号,机床系统检测出各轴承振动较明显的位置,通过使第一活动阀(9)、第二活动阀(11)、第三活动阀(13)转动一定角度,通过位置检测装置(118)检测出第一活动阀(9)、第二活动阀(11)、第三活动阀(13)实际转角,进而实现轴承外圈(6)一定角度调整,使轴承内外圈圆度误差谐波波峰与波谷配合达到最佳状态,使轴承内圈跳动减小;为避免轴承某部位在长期受载后造成轴承滚道不均匀磨损而导致的轴承某方向振动量偏大,定期使第一活动阀(9)、第二活动阀(11)、第三活动阀(13)、轴承外圈(6)旋转一定角度,避免轴承滚道某部位长期受载,来减小轴承不均匀磨损;

所述第一活动阀(9)中的第三楔形腔(105)以及与其相连的第十二阻尼孔(106)方向与第三活动阀(13)中的第三楔形腔(105)以及与其相连的第十二阻尼孔(106)方向相反。

6.根据权利要求1所述的一种高速机床电主轴动态精度调整装置,其特征在于,所述轴系回转误差缩减装置由隔板(98)、第七O形密封圈(100)、第八O形密封圈(101)、T形槽(102)、第一轴线(111)、第二轴线(112)、第三轴线(113)、第一油路(114)、第四楔形腔(115)、第五楔形腔(116)、第二油路(117)构成;

所述第二活动阀(11)被八个隔板(98)以及第十六密封槽(33)等分为八个独立空间;所述隔板(98)通过T形槽(102)固定在第二活动阀(11)斜面上,其边缘固定有第七O形密封圈(100)、第八O形密封圈(101)用于密封各个空间;当电主轴轴系不使用液压预紧装置且轴端不受力时,轴旋转轴线为第一轴线(111);轴端受力时,轴旋转轴线为第三轴线(113);当电主轴轴系使用液压预紧装置且轴端受力时,第五楔形腔(116)内部油压增大,压电传感器(99)检测到压力变化后控制液压阀,通过第一油路(114)、第二油路(117)调整第四楔形腔(115)、第五楔形腔(116)内部压强,使U1减小、U2增加,进而使轴旋转轴线为第二轴线(112),因此使轴在旋转时轴端跳动误差减小。