一種高速主軸系統(tǒng)的軸承游隙主動式調(diào)控裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機械設(shè)計與制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高速主軸系統(tǒng)的軸承游隙主動式調(diào)控裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]高速主軸是高速超精密裝備(例如高速超精密磨床、半導(dǎo)體曝光機等)加工操作過程中最重要的機械部件，其動態(tài)特性將直接影響到加工刀具的動態(tài)穩(wěn)定性、切削力及材料去除效率。然而，由于高速主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及加工條件的多樣性，如何在保證正常加工的條件下，實時精準地調(diào)控高速主軸的動態(tài)特征，從而確保加工零部件的尺寸精度和表面質(zhì)量，一直是超精密制造裝備研究的熱點和關(guān)鍵問題。在通常情況下，高速主軸的動態(tài)失穩(wěn)主要是由于主軸系統(tǒng)的質(zhì)量不平衡、裝配精度、軸承游隙及主軸系統(tǒng)溫升等因素所導(dǎo)致，其中高速主軸軸承游隙的動態(tài)調(diào)控是最為關(guān)鍵的瓶頸問題。近年來，國內(nèi)外學者關(guān)于高速主軸軸承游隙的動態(tài)調(diào)控問題進行了大量的研究，采用了包括主動磁激勵、壓電激勵或磁流變凝聚膜等多種方法來控制軸承游隙，但到目前為止，尚未得到很好的解決。究其主要原因是這些動態(tài)調(diào)控方法的制造成本過高且動態(tài)載荷的承載能力差，因而很難應(yīng)用于實際的高速超精密裝備。
[0003]由此可見，在高效低成本的前提下，研發(fā)能夠?qū)Ω咚俪苎b備主軸系統(tǒng)軸承游隙動態(tài)特性進行主動式調(diào)控的裝置，對推動高速超精密制造裝備的創(chuàng)新開發(fā)和發(fā)展具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種高速主軸系統(tǒng)的軸承游隙主動式調(diào)控裝置，解決現(xiàn)有高速主軸運行過程中由于軸承游隙引起的振動問題。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種高速主軸系統(tǒng)的軸承游隙主動式調(diào)控裝置，包括內(nèi)圈，內(nèi)圈中設(shè)置有凸體結(jié)構(gòu)，凸體結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁與高速主軸的軸承過盈配合，內(nèi)圈的外側(cè)均布有圓弧形凹槽，凹槽中安裝有電磁發(fā)生器，內(nèi)圈的兩側(cè)分別設(shè)置有左外端蓋和右外端蓋，內(nèi)圈的外環(huán)設(shè)置有外圈；凸體結(jié)構(gòu)上均布有柔性彈簧型腔體和環(huán)型腔道，左外端蓋、右外端蓋與柔性彈簧型腔體和環(huán)型腔道形成多個S型封閉腔，S型封閉腔中充有磁流變液。
[0006]本發(fā)明的特點還在于，
[0007]電磁發(fā)生器包括圓弧形的線圈支撐套，線圈支撐套上纏繞環(huán)形線圈，環(huán)形線圈的外側(cè)安裝有隔磁套。
[0008]左外端蓋和右外端蓋均設(shè)有與環(huán)形線圈相連通的電源線連接通道。
[0009]左外端蓋和右外端蓋與內(nèi)圈均通過螺釘連接，形成了一個封閉體。
[0010]凸體結(jié)構(gòu)的兩側(cè)設(shè)置有分隔槽。
[0011]內(nèi)圈上設(shè)置有用于加工S型封閉腔的加工導(dǎo)線孔。
[0012]內(nèi)圈的外側(cè)均布有4個圓弧形凹槽。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明一種高速主軸系統(tǒng)的軸承游隙主動式調(diào)控裝置，利用封裝于調(diào)控裝置中S型腔體內(nèi)的少量磁流變液快速、連續(xù)以及可逆轉(zhuǎn)化的特點，結(jié)合類似彈簧的柔性支撐體，形成一種高速主軸系統(tǒng)的主動式軸承游隙調(diào)控結(jié)構(gòu)布局形式。通過調(diào)整環(huán)形線圈電流，驅(qū)使磁流變液對柔性支撐體剛度及其形變進行修正，進而控制裝置中不同區(qū)域凸體的動態(tài)剛度和位置，最終達到調(diào)整軸承局部游隙和剛性的功能。本發(fā)明裝置具有低成本、高精度和高敏捷度的特點，以及剛度值或形變調(diào)整范圍寬的優(yōu)勢，有效解決了高速超精密裝備中高速主軸系統(tǒng)軸承游隙所引發(fā)的振動或剛性差問題。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明軸承游隙主動式調(diào)控裝置的結(jié)構(gòu)爆炸圖；
[0015]圖2是本發(fā)明軸承游隙主動式調(diào)控裝置的橫向剖視圖；
[0016]圖3是本發(fā)明軸承游隙主動式調(diào)控裝置的縱向剖視圖；
[0017]圖4是本發(fā)明軸承游隙主動式調(diào)控裝置中電磁發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖5是本發(fā)明軸承游隙主動式調(diào)控裝置中凸體結(jié)構(gòu)的局部視圖。
[0019]圖中，1.螺釘，2.左外端蓋，3.外圈，4.隔磁套，5.線圈支撐套，6.環(huán)形線圈，7.內(nèi)圈，8.磁流變液，9.加工導(dǎo)線孔，10.電源線連接通道，11.右外端蓋，12.環(huán)型腔道，13.柔性彈簧型腔體，14.凹槽，15.高速主軸，16.軸承，17.擋圈，18.電磁發(fā)生器，19.凸體結(jié)構(gòu)，20.分隔槽。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0021]本發(fā)明一種高速主軸系統(tǒng)的軸承游隙主動式調(diào)控裝置的結(jié)構(gòu)爆炸圖如圖1所示，橫向剖視圖和縱向剖視圖分別如圖2和圖3所示，包括內(nèi)圈7，內(nèi)圈7中設(shè)置有凸體結(jié)構(gòu)19，凸體結(jié)構(gòu)19的內(nèi)壁與高速主軸15的軸承16過盈配合，凸體結(jié)構(gòu)19的兩側(cè)設(shè)置有分隔槽20，使得凸體結(jié)構(gòu)19具有局部伸縮和剛性調(diào)節(jié)功能；內(nèi)圈7的外側(cè)均布有4個圓弧形凹槽14，凹槽14中安裝有電磁發(fā)生器18，電磁發(fā)生器18結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括圓弧形的線圈支撐套5，線圈支撐套5上纏繞環(huán)形線圈6，環(huán)形線圈6的外側(cè)安裝有隔磁套4，內(nèi)圈7的兩側(cè)分別通過螺釘I與左外端蓋2和右外端蓋11連接，內(nèi)圈7的外環(huán)設(shè)置有外圈3，形成了一個封閉體將內(nèi)圈7密封，左外端蓋2和右外端蓋11均設(shè)有與環(huán)形線圈6相連通的電源線連接通道10，電源線通過電源線連接通道10引出，用以和外接電源相連;如圖5所示，凸體結(jié)構(gòu)19上均布有柔性彈簧型腔體13和環(huán)型腔道12，構(gòu)成一種柔性彈簧體結(jié)構(gòu)用于支撐凸體結(jié)構(gòu)19，左外端蓋2、右外端蓋11與柔性彈簧型腔體13和環(huán)型腔道12形成多個S型封閉腔，S型封閉腔中充有磁流變液8，形成固態(tài)和液態(tài)逆變場；內(nèi)圈7上設(shè)置有用于加工S型封閉腔的加工導(dǎo)線孔9。
[0022]如圖3所示，高速主軸15上安裝有用于軸承16的軸向定位的擋圈17，此外右外端蓋11也能幫助軸承16實現(xiàn)軸向定位。
[0023]本發(fā)明中左外端蓋2、右外端蓋11、外圈3和內(nèi)圈7的材質(zhì)均是采用20#鋼，隔磁套4采用鋁制材料。
[0024]本發(fā)明中軸承16和凸體結(jié)構(gòu)19內(nèi)壁之間采用過盈配合，使得軸承16外圈的運動變形和支撐剛性與凸體結(jié)構(gòu)19的伸長量和剛性形成關(guān)聯(lián)關(guān)系。
[0025]本發(fā)明一種高速主軸系統(tǒng)的軸承游隙主動式調(diào)控裝置，使用時，環(huán)形線圈6通過電源線連接通道10與外部直流電源接通，電源通電后使得環(huán)形線圈6的周圍產(chǎn)生磁場。在磁場的作用下，柔性彈簧型腔體13和環(huán)型腔道12中的磁流變液8可以在固態(tài)和液態(tài)之間進行毫秒級快速可逆轉(zhuǎn)化，從而影響支撐裝置中不同區(qū)域內(nèi)凸體結(jié)構(gòu)19的伸長量和剛性，進而調(diào)整軸承16中滾珠與局部軸承外圈的間隙和剛性，最終導(dǎo)致高速主軸15自身的振動狀況發(fā)生改變。
[0026]由于內(nèi)圈7中凸體結(jié)構(gòu)19與軸承16為過盈配合，如果增加不同區(qū)域環(huán)形線圈6中的電流，則會使該區(qū)域S型封閉腔內(nèi)磁場增強，促使磁流變液8相變固化，使得凸體結(jié)構(gòu)19中柔性彈簧型腔體13和環(huán)型腔道12的支撐剛性增加，同時柔性彈簧型腔體13的伸長量也隨之增大;反之，如果減小不同區(qū)域環(huán)形線圈6中的電流，則會使該區(qū)域凸體結(jié)構(gòu)19中柔性彈簧型腔體13和環(huán)型腔道12的支撐剛性和伸長量減少。此外，由于內(nèi)圈7的外側(cè)安裝有4個電磁發(fā)生器18，且每個電磁發(fā)生器18是由獨立外接電源控制，因而可通過控制不同區(qū)域電磁發(fā)生器18中環(huán)形線圈6的電流，控制內(nèi)圈7中4個方向凸體結(jié)構(gòu)19的伸長量和剛性。通過上述調(diào)整過程，最終達到利用調(diào)控裝置中S型封閉腔內(nèi)的少量磁流變液8和類似彈簧的柔性支撐凸體結(jié)構(gòu)19，主動調(diào)控高速主軸系統(tǒng)支承軸承的間隙和剛度，進而在低成本、高精度和高敏捷度的前提下，有效解決了高速超精密裝備中高速主軸系統(tǒng)軸承游隙所引發(fā)的振動或剛性差問題。
【主權(quán)項】
1.一種高速主軸系統(tǒng)的軸承游隙主動式調(diào)控裝置，其特征在于，包括內(nèi)圈(7)，內(nèi)圈(7)中設(shè)置有凸體結(jié)構(gòu)(19)，凸體結(jié)構(gòu)(19)的內(nèi)壁與高速主軸(15)的軸承(16)過盈配合，內(nèi)圈(7)的外側(cè)均布有圓弧形凹槽(14)，凹槽(14)中安裝有電磁發(fā)生器(18)，內(nèi)圈(7)的兩側(cè)分別設(shè)置有左外端蓋(2)和右外端蓋(11)，內(nèi)圈(7)的外環(huán)設(shè)置有外圈(3); 凸體結(jié)構(gòu)(19)上均布有柔性彈簧型腔體(13)和環(huán)型腔道(12)，左外端蓋(2)、右外端蓋(11)與柔性彈簧型腔體(13)和環(huán)型腔道(12)形成多個S型封閉腔，S型封閉腔中充有磁流變液⑶。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速主軸系統(tǒng)的軸承游隙主動式調(diào)控裝置，其特征在于，所述電磁發(fā)生器(18)包括圓弧形的線圈支撐套(5)，線圈支撐套(5)上纏繞環(huán)形線圈(6)，環(huán)形線圈(6)的外側(cè)安裝有隔磁套(4)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高速主軸系統(tǒng)的軸承游隙主動式調(diào)控裝置，其特征在于，所述左外端蓋(2)和右外端蓋(11)均設(shè)有與所述環(huán)形線圈(6)相連通的電源線連接通道(1)04.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速主軸系統(tǒng)的軸承游隙主動式調(diào)控裝置，其特征在于，所述左外端蓋(2)和右外端蓋(11)與所述內(nèi)圈(7)均通過螺釘(I)連接，形成了一個封閉體。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速主軸系統(tǒng)的軸承游隙主動式調(diào)控裝置，其特征在于，所述凸體結(jié)構(gòu)(19)的兩側(cè)設(shè)置有分隔槽(20)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速主軸系統(tǒng)的軸承游隙主動式調(diào)控裝置，其特征在于，所述內(nèi)圈(7)上設(shè)置有用于加工所述S型封閉腔的加工導(dǎo)線孔(9)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速主軸系統(tǒng)的軸承游隙主動式調(diào)控裝置，其特征在于，所述內(nèi)圈(7)的外側(cè)均布有4個所述圓弧形凹槽(14)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高速主軸系統(tǒng)的軸承游隙主動式調(diào)控裝置，包括內(nèi)圈，內(nèi)圈中設(shè)置有凸體結(jié)構(gòu)，凸體結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁與高速主軸的軸承過盈配合，內(nèi)圈的外側(cè)均布有圓弧形凹槽，凹槽中安裝有電磁發(fā)生器，內(nèi)圈的兩側(cè)分別設(shè)置有左外端蓋和右外端蓋，內(nèi)圈的外環(huán)設(shè)置有外圈；凸體結(jié)構(gòu)上均布有柔性彈簧型腔體和環(huán)型腔道，左外端蓋、右外端蓋與柔性彈簧型腔體和環(huán)型腔道形成多個S型封閉腔，S型封閉腔中充有磁流變液。本發(fā)明軸承游隙主動式調(diào)控裝置，具有低成本、高精度和高敏捷度的特點，以及剛度值或形變調(diào)整范圍寬的優(yōu)勢，可有效解決高速超精密裝備中高速主軸系統(tǒng)軸承游隙所引發(fā)的振動或剛性差問題。
【IPC分類】F16C33/58, F16F9/53, F16C27/04
【公開號】CN105673685
【申請?zhí)枴緾N201610144518
【發(fā)明人】孔令飛, 高峰, 李艷, 江和齡, 李超, 林宏斌, 孫瑾
【申請人】西安理工大學
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年3月14日