用于重型設備的精密回轉裝置制造方法
【專利摘要】用于重型設備的精密回轉裝置。包括轉臺底座、轉動平臺、可調(diào)節(jié)軸向預負荷的推力向心組合圓錐滾子軸承，轉臺內(nèi)裝有回轉裝置分度和角位移測量系統(tǒng)，即編碼器，以及校驗坐標絕對零點的頂尖座。轉臺全部配合均為無間隙全過盈配合。在轉臺底座和轉動平臺之間裝有力矩電機，力矩電機轉子在定子內(nèi),可實現(xiàn)直接驅動的無間隙正反轉動。轉臺的承載能力為軸向負荷數(shù)噸至數(shù)十噸，轉臺的回轉精度幾微米，可以實現(xiàn)1-2角秒分度、定位精度?？梢詽M足高承載能力、高精度、高剛度。譬如，經(jīng)優(yōu)化設計的轉臺機件，在30噸載荷下，變形只有1微米。精密轉臺用作重型齒輪測試儀器或自動檢測中心、大型望遠鏡、雷達和其他重型精密設備的回轉裝置。
【專利說明】用于重型設備的精密回轉裝置
[0001](一)【技術領域】:
[0002]本實用新型涉及一種精密重型回轉裝置，主要應用于精密機床、精密加工中心、大型精密測試儀器、數(shù)控自動化檢測中心，大型望遠鏡、雷達等大型精密機械和裝備。
(二)【背景技術】:
[0003]回轉裝置是重型機床(如大型立式車床、銑床、磨床、或者其它需要高承載能力、高精度的機床、加工中心)以及重型精密設備(如:數(shù)控自動齒輪檢測中心，大型望遠鏡，雷達用的轉臺等)的非常重要的核心部件。傳統(tǒng)方式的回轉裝置由于現(xiàn)有軸承的設計缺陷，軸承滾子不能實現(xiàn)純滾動運動，會出現(xiàn)低速運動爬行，在重載條件下無法實現(xiàn)精密的分度和角度定位。因此，現(xiàn)有的回轉裝置不能保證高承載、高剛度、高精度的要求。
[0004]本公司開發(fā)的高精度推力向心組合圓錐滾子軸承(發(fā)明專利號ZL200810045722.3)發(fā)明了一種全新的推力向心組合圓錐滾子軸承，軸承滾子以純滾動形式運動，可在重載條件下，實現(xiàn)低速轉動而全無爬行，這就為精密的分度運動、定位或跟蹤，提供了扎實的基礎。我公司開發(fā)的重型設備的回轉裝置(專利號ZL201020686809.1)，不但在軸承內(nèi)部的滾子及對應的滾道之間無徑向和軸向游隙，軸承內(nèi)外套圈與其配合的軸肩和座孔之間，也無間隙，這是一種完全無間隙全過盈配合的無軸系的回轉裝置，使回轉裝置實現(xiàn)聞承載能力，聞剛度和聞精度。
[0005]現(xiàn)有齒輪檢測、或者二維、三維精密轉臺多用以鋼球為滾動體的密珠軸系，以保證高的精度、小的摩擦力矩和低速無爬行的正反向回轉、分度或定位。但是，這些裝置，只能在較輕的載荷情況下應用。
[0006]如果回轉裝置需要使用在如下重型精密設備的場合，則需要提供更加精密的回轉裝置:①用于加工精度達到微米級，工件直徑1600_以上的精密車床，齒輪機床的轉臺。②用于承載回轉檢測重型齒輪，直徑100mm以上，重量數(shù)噸以上的重型齒輪檢測儀器。③用于重量數(shù)噸到幾十噸的望遠鏡，尤其是需要自動追蹤、按程序自動分度、無間隙反向和定位的要求，在角度秒時，例如±1”或±2”時，鋼球式的密珠軸系由于承載力不足，不能用了。用現(xiàn)有的圓柱滾子轉盤軸承或者十字交叉滾子軸承，由于這兩類軸承是偽滾動軸承，它們每一瞬間都在滑扭、跳動，就是不會“純滾動”，當負荷較大時，軸承滑不動或者突然跳一步，就產(chǎn)生低速爬行。
(三)
【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0007]本實用新型提出的用于重型設備的精密回轉裝置，目的就是在上述本公司原有專利已實現(xiàn)高承載能力(數(shù)噸到數(shù)十噸)、高剛度基礎上，進一步實現(xiàn)低速(每分鐘數(shù)轉)、正反轉動換向、高精度分度、定位等精密無爬行、無反向間隙的轉動運動，為重型精密、機床齒輪測量儀器、大型望遠鏡、雷達或其他重型精密設備提供一種精密回轉裝置。
[0008]其技術方案如下:
[0009]用于重型設備的精密回轉裝置，包括:轉臺底座、轉動平臺和驅動裝置；其特征是:1)在轉臺底座和轉動平臺間設可調(diào)節(jié)軸向預負荷的推力向心組合圓錐滾子軸承4。2)驅動裝置采用在轉臺底座和轉動平臺之間裝一臺力矩電機；力矩電機轉子置于力矩電機定子內(nèi)。3)在轉動平臺中心內(nèi)孔中，裝設用于回轉裝置分度和定位精度檢測的圓光柵角位移測量系統(tǒng)，也可稱為編碼器9。該系統(tǒng)9內(nèi)圈用傳動件9.1與轉動平臺連接；該系統(tǒng)9外圈用不動的支架9.2固定于轉臺底座上。4)包括轉臺底座、轉動平臺、推力向心組合圓錐滾子軸承、力矩電機的全部圓周配合面間均為無間隙全過盈配合。
[0010]上述轉動平臺2的內(nèi)孔上方可裝設有校驗絕對零點位置的頂尖座8 ;頂尖座通過頂尖圓臺8.1、螺釘8.2與轉動平臺固定連接。兩者保持完全同心。
[0011]上述包括轉臺底座、轉動平臺、推力向心組合圓錐滾子軸承、力矩電機的全部圓周配合面均達到微米級的同軸度，以保證頂尖8上的跳動量g 0.003毫米。
[0012]上述軸承底座、轉動平臺的承重另部件材料均采用灰鑄鐵或鑄鋼件。
[0013]上述可調(diào)節(jié)軸向預負荷的推力向心組合圓錐滾子軸承4的具體結構在【具體實施方式】中結合【專利附圖】

【附圖說明】。
[0014]上述力矩電機定子和力矩電機轉子具體結構及固定方式在【具體實施方式】中結合【專利附圖】

【附圖說明】。
[0015]上述圓光柵角位移測量系統(tǒng)可選擇圓光柵上的刻度不低于18000線。上述圓光柵內(nèi)圈與轉動平臺傳動連接，外圈固定于軸承底座。
[0016]上述全部圓周配合面的無間隙全過盈配合過盈量取值范圍為0.005-0.010毫米。
[0017]本實用新型有益效果:
[0018]I)采用的推力向心組合圓錐滾子軸承，設有可調(diào)節(jié)軸向預負荷的軸向預負荷墊片
4.6和壓環(huán)5調(diào)節(jié)，為此軸承內(nèi)部滾子和滾道間無軸向、徑向游隙。滾子和滾道間在高載荷條件下可實現(xiàn)純滾動運動。當再配以足夠大的力矩電機直接驅動和高精度的編碼器時，可以實現(xiàn)± I”角度秒的分度和定位精度。即是說在驅動和合理的編碼器配置下(圓光柵上的刻度不低于18000線)，精密轉臺分度定位精度可以達到幾角度秒。
[0019]2)本回轉裝置采用力矩電機作驅動裝置，從驅動系統(tǒng)和布置是屬直接驅動的內(nèi)傳動，即帶動轉動平臺的轉子在定子內(nèi)。使回轉裝置可無間隙正反轉運動、轉動平穩(wěn)、噪聲小、結構簡單、占用空間小，消除齒輪等傳動的機械誤差。
[0020]3)采用高精度的編碼器，具有優(yōu)越的重復分度和定位精度，可保證轉臺在高承載時實現(xiàn)低速、無爬行、正反轉條件下的高精度分度和角度定位。
[0021]4)全部圓周配合面間均設計為無間隙全過盈配合，再加上選用的上述可調(diào)的高精度推力向心組合圓錐滾子軸承，本轉臺設計有合理的潤滑，以保證達到高精度及精度壽命的要求。全部圓周配合面同軸度設計和制造的高，例如同軸度誤差達到0.0015毫米，完全滿足整體設備的技術要求。
[0022]5)按設備總體要求，可設頂尖座8校驗絕對零點位置，裝配好以后，頂尖錐面的全跳動值小于0.003毫米。
[0023]6)軸承底座、轉動平臺等重要機件均用有限元法在1.2至1.5倍最大負荷條件下，進行結構應力變形分析和優(yōu)化設計，最大變形小于技術要求，例如只有0.001-0.002毫米。軸承底座、轉動平臺制造精度很高，例如軸承安裝面的平面度、端面跳動，圓周面的圓度、徑向跳動均小于2微米。所有鑄件還需經(jīng)數(shù)次消除應力回火處理，以保證轉臺的精度壽命。例如:本公司自制、自用的兩臺2500毫米精密立式車床，精車2.4米工件，徑向和端面跳動均小于3微米，達到同規(guī)格磨床的加工精度。
[0024]7)軸承底座1、轉動平臺2 —般采用高標號灰鑄鐵制作，例如:承受30噸軸向負荷的精密回轉裝置，重要機件采用300灰鑄件制造，經(jīng)優(yōu)化設計軸承底座的彈性變形只有I微米。如果負荷更大，也可采用鑄鋼件，但均應在粗加工、半精加工和粗磨后予以消除應力回火，以保持加工得到的高精度壽命。
(四)

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1用于重型設備的精密回轉裝置總裝剖視圖。
(五)

【具體實施方式】
[0026]見圖1，用于重型設備的精密回轉裝置，本實施例為用于重型齒輪檢測的精密回轉裝置，包括:
[0027]轉臺底座1:固定在設備機臺上的底座。中心處稱內(nèi)座1.1，其外圓有一個外環(huán)平臺1..2。轉動平臺2:在轉臺底座I上方，通過推力向心組合圓錐滾子軸承4支撐于轉臺底座。轉動平臺2包括:內(nèi)部的空心軸2.1，外周的外筒2..2。
[0028]在轉臺底座I和轉動平臺2間設如下可調(diào)節(jié)軸向預負荷的推力向心組合圓錐滾子軸承4:在轉臺底座內(nèi)座1.1上端外圓固定一個靜止的圓錐內(nèi)圈4.5和在轉臺底座外環(huán)平臺1.2上平面固定一個靜止的止推座圈4.1 ;在轉動平臺外筒2.2固定一個動圈4.3 ;圓錐內(nèi)圈4.5和動圈4.3間裝若干向心推力圓錐滾子4.4,止推座圈和動圈間裝若干推力圓錐滾子4.2 ;且在圓錐內(nèi)圈4.6上方裝有軸向調(diào)節(jié)軸向預負荷的墊片4.6和壓環(huán)5。
[0029]驅動裝置為一臺力矩電機3，裝在轉臺底座內(nèi)座1.1內(nèi)孔和轉動平臺2的空心軸
2.1之間，力矩電機轉子3.2置于力矩電機定子3.I內(nèi)。力矩電機定子3.I固定于在轉臺底座1.1內(nèi)孔，并由定子壓緊端蓋9.5和螺釘9.3、9.4固定。力矩電機轉子3.2固定于轉動平臺空心軸2.1的外圓上，并由轉子壓緊端蓋10和螺釘10.1、10.2固定。
[0030]在轉動平臺2中心內(nèi)孔中，裝設用于測量回轉角度的圓光柵角位移測量系統(tǒng)9，即編碼器。編碼器9內(nèi)圈通過與內(nèi)圈相配合的傳動件9.1與轉動平臺2傳動連接；本實施例傳動件9.1通過頂尖圓臺8.1與轉動平臺2傳動連接。本實施例編碼器外圈通過安裝靜止不動的支架9.2固定于定子壓緊端蓋9.5上，再通過定子壓緊端蓋9.5和螺釘9.3,9.4固定于轉臺底座I上。編碼器自身是市售產(chǎn)品，但是作用重要，需要選擇精度高的，例如，其圓光柵上的刻度不低于18000線。
[0031]包括轉臺底座1、轉動平臺2、推力向心組合圓錐滾子軸承4、力矩電機3的全部圓周配合面間均為無間隙全過盈配合，過盈量0.005-0.010毫米。全部圓周配合面并保持全部回轉運動完全同心，全部圓周配合面達到微米級的同軸度，使頂尖座8頂尖上的跳動量小于0.003毫米。
[0032]按設備總體要求，轉動平臺2的內(nèi)孔上方可裝有校驗絕對零點位置的頂尖座8 ;頂尖座8通過頂尖圓臺8.1、螺釘8.2與轉動平臺固定連接。頂尖座8和頂尖圓臺8.1保持完全同心。因頂尖自身需要非常精密，為外供件，安裝調(diào)試后的全跳動，實際達到1-2微米，如設備無需要，也可以不安裝頂尖座8。
[0033]本實施例為承受30噸軸向負荷的精密回轉裝置，重要機件均采用300灰鑄件制造，經(jīng)優(yōu)化設計軸承底座的彈性變形只有I微米。
【權利要求】
1.用于重型設備的精密回轉裝置，包括:轉臺底座(I)、轉動平臺(2)和驅動裝置；其特征是: 1)在轉臺底座和轉動平臺間設可調(diào)節(jié)軸向預負荷的推力向心組合圓錐滾子軸承(4)； 2)驅動裝置采用在轉臺底座和轉動平臺之間裝一臺力矩電機(3);力矩電機轉子置于力矩電機定子內(nèi)； 3)在轉動平臺中心內(nèi)孔中，裝設用于回轉裝置分度和定位精度檢測的圓光柵角位移測量系統(tǒng)(9)； 4)包括轉臺底座、轉動平臺、推力向心組合圓錐滾子軸承、力矩電機的全部圓周配合面間均為無間隙全過盈配合。
2.按權利要求1所述精密回轉裝置，其特征是:轉動平臺上方裝有校驗絕對零點位置的頂尖座⑶。
3.按權利要求2所述精密回轉裝置，其特征是所述包括轉臺底座、轉動平臺、推力向心組合圓錐滾子軸承、力矩電機的全部配合圓周達到微米級的同軸度，以保證頂尖座頂尖上的跳動量蘭0.003暈米。
4.按權利要求1所述精密回轉裝置，其特征是:包括軸承底座、轉動平臺的承重另部件材料均采用灰鑄鐵或鑄鋼件。
5.按權利要求1所述精密回轉裝置，其特征是:所述圓光柵角位移測量系統(tǒng)內(nèi)圓光柵上的刻度不低于18000線。
6.按權利要求1所述精密回轉裝置，其特征是:所述全部圓周配合面間的全過盈配合的過盈量取值范圍為0.005-0.010毫米。
7.按權利要求1所述精密回轉裝置，其特征是:所述圓光柵角位移測量系統(tǒng)(9)中圓光柵內(nèi)圈通過傳動件(9.1)與轉動平臺(2)連接；圓光柵外圈通過不動的支架(9.2)固定于轉臺底座(I)上。
【文檔編號】B23Q1/26GK203993160SQ201420432738
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月2日 優(yōu)先權日:2014年8月2日
【發(fā)明者】文宇, 孫錫炎, 鐘飛, 周海軍, 羅開兵 申請人:成都科華重型軸承有限公司