一種氣體靜壓主軸氣膜無級變阻尼裝置的制作方法

文檔序號:18232394發布日期:2019-07-20 01:35
一種氣體靜壓主軸氣膜無級變阻尼裝置的制作方法

本發明涉及一種氣體靜壓主軸氣膜無級變阻尼裝置。



背景技術:

氣體靜壓主軸是超精密機床的核心部件,其靜動態特性很大程度上決定了機床的加工性能。主軸在加工過程中會受到來自不同方向的切削力和電機周期性力矩波動的影響,使主軸產生不同方向的運動誤差和高次諧波振動,易出現主軸運轉“失穩”現象。氣體靜壓主軸氣膜的剛度與阻尼是決定主軸動態特性的關鍵因素,因而氣膜阻尼與剛度的控制顯得尤為重要?,F有技術主要通過改變氣膜剛度即通過改變不同方向上節流器的出口氣壓來實現對主軸非均勻受力的反饋控制,這在一定程度上改善了主軸的動態特性。但是,節流器出口氣壓的實時控制對于傳感器與控制系統具有非常高的要求,而通過無級變阻尼的方式同樣能夠實現對主軸振動特性的改善,且實現方式較為簡單??諝鈿饽ぷ枘彷^低,主軸在外部激勵下近似做受迫自由振動,通過高阻尼氣體與空氣混合,增大氣膜阻尼,從而改善主軸動態特性,但若氣膜阻尼始終保持過高,將產生較大剪切力造成主軸發熱嚴重,于是氣膜阻尼的調節很有必要。一般而言,氣膜阻尼與氣膜粘度呈正相關性。氣膜粘度越大,氣膜阻尼就越大。因此,可以利用調節氣膜的粘度來調節氣膜阻尼。



技術實現要素:

為了克服現有技術的上述缺點、實現氣體靜壓主軸氣膜阻尼的調節,本發明提供了一種有效可靠且實現方式簡單的氣體靜壓主軸氣膜無級變阻尼裝置。

本發明所述的一種氣體靜壓主軸氣膜無級變阻尼裝置,軸套與所述主軸同軸安裝,軸套與所述主軸之間的間隙形成氣膜,為主軸提供支撐。氣室外套裝套于所述軸套外壁,氣室外套內壁沿周向均布若干凸出的接觸部,接觸部沿軸向延伸,在軸套外壁圍合出若干周向均布的氣室,接觸部與軸套的外壁密封連接。氣室與氣膜通過節流孔連通,氣室所在的氣室外套的壁面開有貫通的進氣孔;進氣孔通過供氣管與T型三通球閥出口連接;T型三通球閥一端進口與所述空氣氣源連接,另一端進口與所述減壓閥出口端連接;減壓閥進口端通過氖氣氣路與所述氖氣罐連接。壓差傳感器一端與空氣氣路連接,另一端與氖氣氣路連接。位移傳感器垂直于主軸軸線地隔空安裝于主軸外部,兩個位移傳感器以主軸軸線為中心成90°布置。壓差傳感器、位移傳感器的數據輸出端均連接控制系統,T型三通球閥、減壓閥的控制端均與控制系統連接。

位移傳感器與主軸隔空安裝,是指位移傳感器不與主軸1接觸。

進一步,氣室呈扇形,進氣孔位于各扇面形氣室的中心線上。

本發明的構思為:

氣體靜壓主軸在工作時,高壓空氣與氖氣分別從T型三通球閥的兩個進口進入并混合后從T型三通球閥的出口排出,經過供氣管并穿過氣室外套的進氣口至軸套外的氣室;氣室內的氣體通過節流孔到達主軸和軸套的間隙區域形成高壓氣膜,高壓氣膜支撐主軸進行旋轉運動;氣膜對主軸的支撐可等效為與節流孔分布一致的彈簧阻尼系統對主軸的支撐;位移傳感器可實時測量主軸在兩個垂直方向上的位移,并將數據實時傳輸至控制系統,控制系統通過算法可得到主軸的周期性徑向振動方向及其振幅大小,并可以通過控制指令對T型三通球閥進行控制;T型三通球閥根據控制指令,其閥芯沿軸線進行旋轉運動,改變其閥芯開口的方向,從而控制空氣與氖氣的供氣比例,進一步控制節流孔出口處的氣膜粘度,即控制了節流孔出口處的氣膜阻尼;每一個進氣口均為獨立供氣,因此其每一個節流孔出口處的氣膜阻尼可實現獨立控制,根據主軸振動主方向確定需要調節的T型三通球閥;壓差傳感器用于監測供氣的空氣壓力與氖氣壓力是否相同,并將其信息發送給控制系統,控制系統根據所得信息控制減壓閥,調節氖氣供氣壓力,使其始終保持與空氣供氣壓力相同,即保證氣體靜壓主軸的供氣壓力恒定。

常溫下空氣動力粘度為1.81×10-5Pa·s,氖氣動力粘度為3.13×10-5Pa·s,因此在理想狀態下,兩者不同比例地混合即能夠實現氣膜粘度在1.81×10-5~3.13×10-5Pa·s范圍內的無級調節。氣體靜壓主軸在工作時,所有T型三通球閥均處于完全空氣供氣狀態,當控制系統接收到位移傳感器的數據,通過分析得到主軸振動主方向,并進一步得到不同供氣管的最佳氣體配比,由此控制T型三通球閥閥芯的開口方向,越是接近振動主方向,氖氣比例越高;當主軸振動主方向改變,各個T型三通球閥閥芯的開口方向也將做出相應調整,進一步改變不同節流孔附近的氣膜粘度,即改變氣膜阻尼。

本發明的有益效果在于:

(1)可實現氣體靜壓主軸氣膜阻尼的無級調節。

(2)可有效改善主軸動態特性,提高系統穩定性。

(3)可有效提高主軸精度與工作適應性。

附圖說明

圖1是本發明的整體結構示意圖;

圖2是本發明的氣膜支撐等效圖;

圖3是本發明的T型三通球閥處于混合供氣狀態時示意圖;

圖4是本發明的T型三通球閥處于完全氖氣供氣狀態時示意圖;

圖5是本發明的T型三通球閥處于完全空氣供氣狀態時示意圖;

圖中:主軸1、軸套2、氣室外套3、氣膜4、空氣氣源5、T型三通球閥6、供氣管7、壓差傳感器8、減壓閥9、氖氣罐10、控制系統11、位移傳感器12、節流孔21、進氣孔31、氣室32、閥芯61。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作詳細說明。

參照附圖:

本發明所述的一種氣體靜壓主軸無級變阻尼裝置,軸套2與所述主軸1同軸安裝,軸套2與所述主軸1之間的間隙形成氣膜4,為主軸1提供支撐。氣室外套3裝套于所述軸套2外壁,氣室外套3內壁沿周向均布若干凸出的接觸部,接觸部沿軸向延伸,在軸套2外壁圍合出若干周向均布的氣室32,接觸部與軸套2的外壁密封連接。氣室32與氣膜4通過節流孔21連通,氣室32所在的氣室外套3的壁面開有貫通的進氣孔31,進氣孔31通過供氣管7與所述T型三通球閥6出口連接。所述T型三通球閥6一端進口與所述空氣氣源5連接,另一端進口與所述減壓閥9出口端連接。所述減壓閥9進口端通過氖氣氣路與所述氖氣罐10連接。壓差傳感器8一端與空氣氣路連接,另一端與氖氣氣路連接。位移傳感器12垂直主軸軸線地隔空安裝于主軸1外部,兩個位移傳感器12以主軸軸線為中心成90°布置。壓差傳感器8、位移傳感器12的數據輸出端均連接控制系統11,,T型三通球閥6、減壓閥9的控制端均與控制系統11連接。

位移傳感器12與主軸1隔空安裝,是指位移傳感器12不與主軸1接觸。

進一步,氣室32呈扇形,進氣孔31位于各扇面形氣室32的中心線上。

本發明的構思為:

氣體靜壓主軸在工作時,高壓空氣與氖氣分別從T型三通球閥6的兩個進口進入并混合后從T型三通球閥6的出口排出,經過供氣管7并穿過氣室外套3的進氣口31至軸套2外的氣室32;氣室32內的氣體通過節流孔21到達主軸1和軸套2的間隙區域形成高壓氣膜4,高壓氣膜4支撐主軸1進行旋轉運動;氣膜4對主軸1的支撐可等效為與節流孔21分布一致的彈簧阻尼系統對主軸1的支撐;位移傳感器12可實時測量主軸1在兩個垂直方向上的位移,并將數據實時傳輸至控制系統11,控制系統11通過算法可得到主軸1的周期性徑向振動方向及其振幅大小,并可以通過控制指令對T型三通球閥6進行控制;T型三通球閥6根據控制指令,其閥芯61沿軸線進行旋轉運動,改變其閥芯61開口的方向,從而控制空氣與氖氣的供氣比例,進一步控制節流孔21出口處氣膜4的粘度;每一個進氣口31均為獨立供氣,因此其每一個節流孔出口處的氣膜4阻尼可實現獨立控制,根據主軸1振動主方向確定需要調節的T型三通球閥6;壓差傳感器8用于監測供氣的空氣壓力與氖氣壓力是否相同,并將其信息發送給控制系統11,控制系統11根據所得信息控制減壓閥9,調節氖氣供氣壓力,使其始終保持與空氣供氣壓力相同,即保證氣體靜壓主軸的供氣壓力恒定。

常溫下空氣動力粘度為1.81×10-5Pa·s,氖氣動力粘度為3.13×10-5Pa·s,因此在理想狀態下,兩者不同比例地混合即能夠實現氣膜4粘度在1.81×10-5~3.13×10-5Pa·s范圍內的無級調節。氣體靜壓主軸在工作時,所有T型三通球閥6均處于完全空氣供氣狀態,當控制系統11接收到位移傳感器12的數據,通過分析得到主軸1振動主方向,并進一步得到不同供氣管7最佳氣體配比,由此控制T型三通球閥6閥芯61的開口方向,越是接近振動主方向,氖氣比例越高;當主軸1振動主方向改變,各個T型三通球閥6閥芯61的開口方向也將做出相應調整,進一步改變不同節流孔21出口處的氣膜4粘度,即改變氣膜4阻尼。

本說明書實施例所述的內容僅僅是對發明構思的實現形式的列舉,本發明的保護范圍不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式,本發明的保護范圍也包括本領域技術人員根據本發明構思所能夠想到的等同技術手段。

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