專利名稱：一種大直徑超精密氣體靜壓回轉軸系的制作方法
技術領域：
本發明屬于超精密制造裝備技術領域，涉及一種超精密氣體靜壓回轉軸系，尤其是涉及一種大直徑的超精密氣體靜壓回轉軸系。
背景技術：
在慣性約束核聚變及強激光武器等高科技裝備中，需要大量采用KDP晶體等功能性材料的光學元件。由于KDP晶體具有質軟、易潮解、易碎等不利于光學加工的特點，傳統的磨削和拋光方法并不適用，而單點金剛石飛刀銑削加工技術成為目前該類晶體加工的首選方法，如專利號ZL200710144867. 4、公告日為2008年06月11日、名稱為《龍門式超精密飛切銑床》的發明專利。為了實現與激光波長同量級平面度和納米級表面粗糙度的KDP晶體等光學元件的加工，高精度、高剛度的氣體靜壓回轉軸系是機床的關鍵部件之一。盡管已有很多關于氣體靜壓回轉軸系的報道，但是由于飛切銑床利用大直徑的“飛刀”盤回轉運動實現材料的去除，所以都還不能直接適用于超精密飛切銑床的回轉軸系。如專利號ZL200810064030. 3、公告日為2008年07月30日、名稱為《超精密氣體靜壓電主軸系統》的發明專利采用加大止推面的徑推一體式氣體靜壓軸系，滿足了實際加工的要求。隨著KDP晶體等光學元件尺寸的加大和精度要求的提高，“飛刀”盤直徑需要進一步增大，而現有的氣體靜壓回轉軸系還存在以下不足(I)止推板存在較大變形，導致氣膜間隙變化，影響軸系的精度和剛度；(2)進一步增大止推板將增加軸系的轉動慣量和加劇止推板的變形，進而影響軸系的精度、剛度以及動態性能，從而限制了刀盤直徑的進一步增大。因此，現有技術還不能完全滿足大尺寸KDP晶體等光學元件的加工需求。
發明內容
本發明的目的在于針對現有氣體靜壓回轉軸系的不足，提供一種大直徑超精密氣體靜壓回轉軸系，以滿足大尺寸KDP晶體等光學元件的加工需求。為了達到上述目的，本發明所采取的技術方案是一種大直徑超精密氣體靜壓回轉軸系，所述回轉軸系包括下浮板、連接板、上浮板、上浮止推板、下浮止推板、固定支承座、內隔環、徑向軸瓦、主軸、內隔套、數個下浮節流器、數個上浮節流器及數個徑向節流器；連接板、上浮板、上浮止推板及下浮止推板均為圓環形，下浮板的橫截面為圓形，下浮板的上平面由內至外設有內環形槽和外環形槽，內環形槽和外環形槽的中心線與下浮板的中心線重合，下浮板的上平面中心處設有中心孔，連接板置于下浮板的內環形槽內，上浮止推板置于下浮板的外環形槽內，主軸設置在下浮板上平面的中心處，固定支承座的中心處設有與徑向軸瓦相配合的軸孔，徑向軸瓦套裝在主軸上，且徑向軸瓦套裝在固定支承座的軸孔及內隔套內，內隔套設置在固定支承座與連接板之間，內隔套的外側由內至外依次套裝有上浮板、內隔環及下浮止推板，下浮板上平面分別與上浮板的下平面和主軸的下平面固定連接，下浮止推板的上平面與固定支承座的下平面固定連接，上浮止推板的上平面與內隔環的下平面固定連接，內隔環的上平面與固定支承座的下平面固定連接，徑向軸瓦的下平面與連接板的上平面固定連接，連接板的上平面與內隔套的下平面固定連接，內隔套的上平面與固定支承座的下平面固定連接，上浮止推板上沿圓周方向均布設有數個第一軸向安裝孔，每個第一軸向安裝孔內裝有一個上浮節流器，壓縮空氣通過上浮節流器進入上浮止推板和上浮板之間的軸向間隙形成上浮氣體靜壓止推氣膜，由上浮板、上浮節流器和上浮止推板組成上浮氣體靜壓止推軸承，下浮止推板上沿圓周方向均布設有數個第二軸向安裝孔，每個第二軸向安裝孔內裝有一個下浮節流器，壓縮空氣通過下浮節流器進入下浮止推板和下浮板之間的軸向間隙形成下浮氣體靜壓止推氣膜，由下浮板、下浮節流器和下浮止推板組成下浮氣體靜壓止推軸承，由上浮氣體靜壓止推軸承和下浮氣體靜壓止推軸承組成閉式圓環面氣體靜壓止推軸承，徑向軸瓦的內環面設有數個徑向安裝孔，每個徑向安裝孔內裝有一個徑向節流器，壓縮空氣通過徑向節流器進入徑向軸瓦和主軸之間的徑向間隙形成徑向氣體靜壓支承氣膜，由徑向軸瓦、主軸和徑向節流器組成徑向氣體靜壓軸承。與現有技術相比，本發明的有益效果在于I)采用平面止推軸承(即上浮氣體靜壓止推軸承和下浮氣體靜壓止推軸承)和圓柱徑向軸承(由徑向軸瓦、主軸和均布設置于徑向軸瓦內環面的兩個上下平行設置的圓周上的數個徑向節流器構成)，利于提高加工精度，從而有利于實現軸系的高軸向精度和高回轉精度。2)上浮板、上浮止推板和下浮止推板均為平面圓環形，并且在下浮板上設有兩個環形槽，使得上浮氣體靜壓止推軸承和下浮氣體靜壓止推軸承組成閉式軸向氣體靜壓軸承，不但實現了大直徑的閉式止推面，使軸系具有高剛度尤其是高角剛度，而且避免了轉動慣量的增加和止推板變形的加大，進而有利于提高軸系的精度、剛度以及動態性能。3)采用開有兩個內、外環形槽的下浮板，將上浮止推板置于下浮板的外環形槽內，使上浮止推面和下浮止推面在一個平面，同時將連接板置于下浮板的內環形槽內，縮短了軸向閉式止推面和徑向支承面與下浮板上負載力之間的距離，從而有利于提高軸系的軸向精度和回轉精度。4)本發明實現了大直徑止推面，同時避免了轉動慣量增加和止推板變形加大，進而提高了軸系的精度、剛度以及動態性能。綜上，本發明可滿足大尺寸600mmX600mm (正方形面積)KDP晶體等光學元件的加
工需求。
圖1是本發明的整體結構主視示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步詳細描述。
具體實施方式
一如圖1所示，本實施方式的一種大直徑超精密氣體靜壓回轉軸系，所述回轉軸系包括下浮板1、連接板4、上浮板5、上浮止推板6、下浮止推板7、固定支承座8、內隔環9、徑向軸瓦10、主軸12、內隔套14、數個下浮節流器2、數個上浮節流器3及數個徑向節流器13;
連接板4、上浮板5、上浮止推板6及下浮止推板7均為圓環形，下浮板I的橫截面為圓形，下浮板I即可作為飛切銑床的刀盤，下浮板I的上平面由內至外設有內環形槽和外環形槽，內環形槽和外環形槽的中心線與下浮板I的中心線重合，下浮板I的上平面中心處設有中心孔1-1，連接板4置于下浮板I的內環形槽內，上浮止推板6置于下浮板I的外環形槽內，如此設計，可以縮短軸向閉式止推面和徑向支承面與下浮板I上負載力之間的距離，從而有利于提高軸系的軸向精度和回轉精度，主軸12設置在下浮板I上平面的中心處，固定支承座8的中心處設有與徑向軸瓦10相配合的軸孔，徑向軸瓦10套裝在主軸12上，且徑向軸瓦10套裝在固定支承座8的軸孔及內隔套14內，內隔套14設置在固定支承座8與連接板4之間，內隔套14的外側由內至外依次套裝有上浮板5、內隔環9及下浮止推板7，下浮板I上平面分別與上浮板5的下平面和主軸12的下平面通過螺釘固定連接，下浮止推板7的上平面與固定支承座8的下平面通過螺釘固定連接，上浮止推板6的上平面與內隔環9的下平面通過螺釘固定連接，內隔環9的上平面與固定支承座8的下平面通過螺釘固定連接，徑向軸瓦10的下平面與連接板4的上平面通過螺釘固定連接，連接板4的上平面與內隔套14的下平面通過螺釘固定連接，內隔套14的上平面與固定支承座8的下平面通過螺釘固定連接，上浮止推板6上沿圓周方向均布設有數個第一軸向安裝孔，每個第一軸向安裝孔內裝有一個上浮節流器3，壓縮空氣通過上浮節流器3 (為小孔節流器)進入上浮止推板6和上浮板5之間的軸向間隙形成上浮氣體靜壓止推氣膜，由上浮板5、上浮節流器3和上浮止推板6組成上浮氣體靜壓止推軸承，下浮止推板7上沿圓周方向均布設有數個第二軸向安裝孔，每個第二軸向安裝孔內裝有一個下浮節流器2 (為小孔節流器)，壓縮空氣通過下浮節流器2進入下浮止推板7和下浮板I之間的軸向間隙形成下浮氣體靜壓止推氣膜，由下浮板1、下浮節流器2和下浮止推板7組成下浮氣體靜壓止推軸承，由上浮氣體靜壓止推軸承和下浮氣體靜壓止推軸承組成閉式圓環面氣體靜壓止推軸承(上浮氣體靜壓止推面和下浮氣體靜壓止推面為同一平面)，如此設計，有利于提高加工精度，徑向軸瓦10的內環面設有數個徑向安裝孔，每個徑向安裝孔內裝有一個徑向節流器13 (為小孔節流器)，壓縮空氣通過徑向節流器13進入徑向軸瓦10和主軸12之間的徑向間隙形成徑向氣體靜壓支承氣膜，由徑向軸瓦10、主軸12和徑向節流器13組成徑向氣體靜壓軸承。如此設計，有利于提高加工精度，從而有利于實現高回轉精度，主軸12的上端與驅動裝置11的驅動轉子固定連接，驅動裝置11通過螺釘與固定支承座8固定連接。
具體實施方式
二 結合圖1說明，本實施方式的上浮氣體靜壓止推氣膜間隙和下浮氣體靜壓止推軸承氣膜間隙通過研磨內隔環9的上下表面，使其為負公差獲得。從而實現大直徑的閉式圓環形止推面，使軸系具有高剛度，且可以避免較大的軸系轉動慣量和較大的止推板變形，進而有利于提高軸系的精度、剛度以及動態性能。本實施方式中未公開的技術特征與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結合圖1說明，本實施方式的數個上浮節流器3和數個下浮節流器2均與第一氣路16連通，數個徑向節流器13與第二氣路17連通。如此設計，便于安裝調試，有利于實現軸系高精度和高剛度。本實施方式中未公開的技術特征與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四結合圖1說明，本實施方式的數個徑向節流器13沿徑向軸瓦10內環面的兩個上下平行設置的圓周上均布設置，兩個上下平行設置的圓周相對于徑向軸瓦10中部的橫截面對稱設置。本實施方式中未公開的技術特征與具體實施方式
一相同。工作原理工作時，首先壓縮空氣通過第一氣路16進入數個上浮節流器3和數個下浮節流器2，經節流作用在上浮板5和上浮止推板6之間的軸向間隙形成上浮氣體靜壓止推氣膜，在下浮板I和下浮止推板7之間的軸向間隙形成下浮氣體靜壓止推氣膜；同時壓縮空氣通過第二氣路17進入數個徑向節流器13，經節流作用在徑向軸瓦10和主軸12之間的徑向間隙形成徑向氣體靜壓支承氣膜；進而使得固定連接在一起的軸系轉子(下浮板1、上浮板5和主軸12)在徑向和雙向軸向都有氣體靜壓支承氣膜。然后在主軸12上端連接的驅動轉子的驅動下，軸系轉子將在氣體靜壓潤滑狀態下進行回轉，由于氣體靜壓潤滑的幾何誤差均化作用，從而可以獲得高的回轉精度。由于上浮板5、上浮止推板6和下浮止推板7均為平面圓環形以及下浮板I上設有兩個環形槽，從而可以實現大直徑閉式止推面，且避免了轉動慣量的增加和止推板變形的加大，進而提高了軸系精度、剛度以及動態性能。本發明的一種大直徑超精密氣體靜壓回轉軸系通過固定支承座8固定于軸系支架15上。
權利要求
1.一種大直徑超精密氣體靜壓回轉軸系，所述回轉軸系包括下浮板(I)、連接板(4)、上浮板(5)、上浮止推板(6)、下浮止推板(7)、固定支承座(8)、內隔環(9)、徑向軸瓦(10)、主軸(12)、內隔套(14)、數個下浮節流器(2)、數個上浮節流器(3)及數個徑向節流器(13);其特征在于 連接板(4)、上浮板(5)、上浮止推板(6)及下浮止推板(7)均為圓環形，下浮板(I)的橫截面為圓形，下浮板(I)的上平面由內至外設有內環形槽和外環形槽，內環形槽和外環形槽的中心線與下浮板(I)的中心線重合,下浮板(I)的上平面中心處設有中心孔(1-1),連接板(4)置于下浮板(I)的內環形槽內，上浮止推板(6)置于下浮板(I)的外環形槽內，主軸(12)設置在下浮板(I)上平面的中心處，固定支承座(8)的中心處設有與徑向軸瓦(10)相配合的軸孔，徑向軸瓦(IO )套裝在主軸(12 )上，且徑向軸瓦(IO )套裝在固定支承座(8 )的軸孔及內隔套(14)內，內隔套(14)設置在固定支承座(8)與連接板(4)之間，內隔套(14)的外側由內至外依次套裝有上浮板(5)、內隔環(9)及下浮止推板(7)，下浮板(I)上平面分別與上浮板(5)的下平面和主軸(12)的下平面固定連接，下浮止推板(7)的上平面與固定支承座(8)的下平面固定連接，上浮止推板(6)的上平面與內隔環(9)的下平面固定連接，內隔環(9)的上平面與固定支承座(8)的下平面固定連接，徑向軸瓦(10)的下平面與連接板(4)的上平面固定連接，連接板(4)的上平面與內隔套(14)的下平面固定連接，內隔套(14)的上平面與固定支承座(8)的下平面固定連接，上浮止推板(6)上沿圓周方向均布設有數個第一軸向安裝孔，每個第一軸向安裝孔內裝有一個上浮節流器(3)，壓縮空氣通過上浮節流器(3)進入上浮止推板(6)和上浮板(5)之間的軸向間隙形成上浮氣體靜壓止推氣膜，由上浮板(5 )、上浮節流器(3 )和上浮止推板(6 )組成上浮氣體靜壓止推軸承，下浮止推板(7)上沿圓周方向均布設有數個第二軸向安裝孔，每個第二軸向安裝孔內裝有一個下浮節流器(2)，壓縮空氣通過下浮節流器(2)進入下浮止推板(7)和下浮板(I)之間的軸向間隙形成下浮氣體靜壓止推氣膜，由下浮板(I)、下浮節流器(2)和下浮止推板(7)組成下浮氣體靜壓止推軸承，由上浮氣體靜壓止推軸承和下浮氣體靜壓止推軸承組成閉式圓環面氣體靜壓止推軸承，徑向軸瓦(10)的內環面設有數個徑向安裝孔，每個徑向安裝孔內裝有一個徑向節流器(13)，壓縮空氣通過徑向節流器(13)進入徑向軸瓦(10)和主軸(12)之間的徑向間隙形成徑向氣體靜壓支承氣膜，由徑向軸瓦(10)、主軸(12)和徑向節流器(13)組成徑向氣體靜壓軸承。
2.根據權利要求1所述一種大直徑超精密氣體靜壓回轉軸系，其特征在于上浮氣體靜壓止推氣膜間隙和下浮氣體靜壓止推軸承氣膜間隙通過研磨內隔環(9)的上下表面，使其為負公差獲得。
3.根據權利要求1或2所述一種大直徑超精密氣體靜壓回轉軸系，其特征在于數個上浮節流器(3)和數個下浮節流器(2)均與第一氣路(16)連通，數個徑向節流器(13)與第二氣路(17)連通。
4.根據權利要求1所述的一種大直徑超精密氣體靜壓回轉軸系，其特征在于數個徑向節流器(13)沿徑向軸瓦(10)內環面的兩個上下平行設置的圓周上均布設置，兩個上下平行設置的圓周相對于徑向軸瓦(10)中部的橫截面對稱設置。
全文摘要
一種大直徑超精密氣體靜壓回轉軸系，屬于超精密制造裝備技術領域。以滿足大尺寸KDP晶體等光學元件加工需求。數個上、下浮節流器圓周均布安裝于上、下浮止推板上，上浮板與下浮板固接，下浮止推板與固定支承座固接，上浮止推板通過內隔環與固定支承座固接，上浮止推板和連接板置于下浮板的外、內環形槽內，徑向軸瓦通過連接板和內隔套與固定支承座固接，主軸與下浮板固接，壓縮空氣經節流器節流在上浮板和上浮止推板之間形成上浮靜壓止推氣膜，在下浮板和下浮止推板之間形成下浮靜壓止推氣膜，在徑向軸瓦與主軸之間形成徑向靜壓支承氣膜，從而形成軸向閉式氣體靜壓平面圓環止推軸承和徑向氣體靜壓圓柱軸承。本發明用于大尺寸KDP晶體等光學元件加工。
文檔編號F16C32/06GK103056397SQ20121058948
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月31日 優先權日2012年12月31日
發明者梁迎春, 孫雅洲, 劉海濤, 吳九達 申請人:哈爾濱工業大學