Аэростатическая шпиндельная опора

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в суперпрецизионных станках при обработке особо чистых поверхностей. Цель изобретения - повышение точности обработки особо чистых поверхностей и расширение диапазона воспринимаемых нагрузок. Аэростатическая шпиндельная опора содержит втулку с системой параллельно подключенных питающих сопел, образующих две линии наддува. По внешним сторонам системы питающих сопел выполнены дополнительные питающие сопла, у входа которых установлены управляемые пневмосопротивления, соединенные через систему автоматического управления с датчиками положения вала. Управляемые пневмосопротивления с дополнительными питающими соплами образуют компенсаторы перекоса вала, которые отделены от системы основных питающих сопел кольцевыми канавками, сообщающимися посредством соединительных окон с атмосферой. Для расширения диапазона воспринимаемых нагрузок пневмосопротивления могут быть объединены в группы по меньшей мере из двух пневмосопротивлений, каждая из которых соединена с соответствующим датчиком положения вала. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

сОюз сОВетсних сОциАлистичесних

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1500805

А1., (sO 4 F 16 С 32/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

Ilo изОБРетениям и ОтнРьГГиям дРИ Гннт оса (2,) 4328744/31-27 (22) 17.11.87 (46) 15.08.89. Бюл. Р 30 (71) Институт сверхтвердых материалов АН УССР (72) Г.Г.Добровольский, В,Н. Зиненко и В.Ф.Жигалкин (53) 621.822.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР й: 1033786, кл. F 16 С 32/06, 1983. (54) АЭРОСТАТИЧЕСКАЯ ШПИНДЕЛЬНАЯ

ОПОРА (57) Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в суперпрецизионных станках при обработке особо чистых поверхностей, Цель изобретения — повьппение точности обработки особо чистых поверхностей и расширение диапазона воспринимаемых нагрузок. Азростатическая шпиндельная опора содержит втулку с

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в суперпрецизионных станках при об= работке особо чистых поверхностей.

Цель изобретения — повьппение точности обработки особо чистых поверхностей и расширение диапазона воспринимаемых нагрузок.

На фиг. 1 схематично представлена азростатическая шпиндельная опора, общий вид; на фиг, 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 — сечение В-В и

Г-Г на фиг. 1 со схемой управления, Азростатическая шпиндельная опора содержит втулку 1 с системой парал2 системой параллельно подключенных питающих сопл, образующих две линии наддува. По внешним сторонам системы питающих сопл выполнены дополнительные питающие сопла, у входов которых установлены .управляемые пневмосопротивления, соединенные через систему автоматического управления с датчиками положения вала. Управляемые пневмосопротивления с дополнительными питающими соплами образуют компенсаторы перекоса вала, которые отделены от системы основных питающих сопл кольцевьии канавками, сообщающимися посредством соединительных окон с атмосферой, Для расширения диапазона воспринимаемых нагрузок пневмосопро тивления могут быть объединены в группы по меньшей мере из двух пневмосопротивлений, каждая из которых соединена с соответствующим датчиком положения вала. 1 з.п. ф-лы, 4 ил, лельно подключенных питающих сопл 2 постоянного проходного сечения, равномерно расположенных по окружности и образующих две линии 3 наддува, CO

На внутренней поверхности вала по Ql внешним сторонам системы работающих сопл 2 выполнены дополнительные питающие сопла 4, у входов которых установлены управляемые пневмосопротивления 5 с подвижными заслонками 6, образующие с проходными сечениями дополнительных питающих сопл 4 компенсаторы перекоса вала 7 шпинделя.

Эти компенсаторы отделены от системы основных питающих сопл 2 кольцевыми канавками 8, сообщенными посредством

3 1500805 соединительных окон 9 с атмосферой.

Управляющие пневмосопротивления 5 могут быть выполнены в виде пакета пьезокерамических элементов, соединенных синфазно. Дополнительные питающие сопла 4 соединены посредством каналов 10 во .втулке через коллекторы 11 с источником 12 подачи рабочей среды под давлением. Основные питаю- 10 щие сопла 2 соединены через коллектор

13 с источником 14 подачи рабочей среды под давлением. Во втулке 1 установлены также датчики 15 (преимущественно емкостного типа) положение вала 7 по двум координатам, которые через преобразователь 16, элемент 17 сравнения, задатчик 18 и высоковольтный выпрямитель 19, обравующие систему автоматического регулирования, управляют величиной открытия подводящих каналов 10 управляемых дополнительных сопл 4. Пневмосопротивления

5 могут быть объединены в группы по меньшей мере из двух пневмосопротив- 25 лений (фиг,4), при этом каждая группа соединена с соответствующим датчиком 15 положения вала ?.

Аэростатическая шпиндельная опора работает следующим образом, 30

Воздух от источников 12 и 14 подачи среды под давлением поступает в коллекторы 11 и 13. Из коллектора

13 собственно аэростатической опоры через питающие сопла 2 воздух попадает в смазочный газовый слой, разделяющий поверхности вала 7 и втулки 1, и через кольцевые канавки 8 и соединительные окна 9 выходит в атмосферу.

Из коллекторов 11 компенсаторов пере-40 коса вала 7 воздух через дополнительные питающие сопла 4 попадает в зазор между поверхностью вала 7 и втулки 1, создает компенсирующее противодавление и через .торцы аэростатической опоры, а также кольцевые канавки

8 и соединительные окна 9 выходит в атмосферу.

Кольцевые канавки 8 и соединительные окна 9 обеспечивают развяз ку собственно аэростатической опоры и компенсаторов перекоса вала по давлению в зазоре опоры, ке нарушая режим истечения газа из области II (фиг. 1) . Это препятствует дефоРмации поля давления в этой области изза наличия локальных областей повышенного давления под дополнительным питающими соплами 4 на половине за4 зора (по окружности) в общем случае и отсутствия другого пути истечения газа кроме истечения через компенса1 тор перекоса вала, влечет за собой снижение жесткости опоры. Кольцевые канавки 8 и соединительные окна 9 обеспечивают также условия для создания расчетного давления через компенсатор перекоса, предотвращающий влияние истечения газовой смазки из основных сопл 2 на компенсатор перекоса.

При смещении вала 7 под действием нагрузки на датчике 15 возникает электрический сигнал, который после преобразования и усиления на преобразователе 16 поступает на элемент 17 сравнения, где сравнивается с сигналом задатчика 18. Сигнал рассогласования, возникающий на элементе 17 сравнения, после усиления подается на одну из групп параллельно подключенных пневмосопротивлений 5, расположенных симметрично относительно оси координат, под которыми изменился зазор. Заслонка б сопловых отверстий, под которыми зазор уменьшился, отодвигается пропорционально приложенному сигналу, газ через подводящий канал 10 поступает в зазор, создавая компенсирующую нагрузку подьемную силу.

На пьезокерамические элементы пневмосопротивлений 5, расположенные на противоположной стороне, сигнал не подается, что позволяет полностью использовать подъемную силу открытых питающих сопл 4, Вал 7 возвращается в невозмущенное (заданное) положение без колебаний после незначительного смещения. За счет перераспределения функций по стабилизации положения вала 7 между собственно аэростатичес— кой опорой и компенсаторами перекоса вала достигается высокая точность стабилизации вала. Жесткость опоры, ее несущая способность, обеспечивает собственно аэростатическая опора, Это позволяет весь ресурс по массовому расходу газа компенсаторов перекоса использовать для стабилизации положения вала аэростатической шпиндельной опоры, Это же свойство расхода опоры позволяет объединять уп— равляемые ограничители расхода компенсаторов перекоса, расположенные симметрично с датчиками 15 положения

1500805 вала, в группы, в которых пневмосопротивления 5 подключены к системе управления параллельно, расширяя диапазон компенсирующих нагрузок в и раз, где п — число управляемых ограничителей расхода в группе.

Изобретение позволяет достичь высокой точности формообразования при использовании опоры в суперпрецизионных станках, Формула изобретения

1. Аэростатическая шпиндельная опора, содержащая втулку с системой параллельно подключенных питающих сопл постоянного проходного сечения, расположенных равномерно по окружности, датчики положения вала и парал- 2О. лельно подключенные пневмосопротивления с подвижными заслонками, соединенные через систему автоматического управления с датчиками положения вала, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности обработки особо чистых поверхностей и расширения диапазона воспринимаемых нагрузок, она снабжена дополнительными питающими соплами, размещенными по окружности на внутренней поверхности втулки по внешним сторонам системы питающих сопл, а также размещенными между основными и дополнительными питающими соплами кольцевыми канавками, при этом кольцевые канавки сообщены посредством соединительных окон с атмосферой, а пневмосопротивления установлены на входе дополнительных питающих сопл.

2. Опора по п.1 о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что пневмосопротивления объединены в группы по меньшей мере из двух пневмосопротивлений, при этом каждая группа соединена с соответствующим датчиком положения вала.

1500805 фиОЗ

Составитель Е.Иванов

Редактор И.Рыбченко Техред H. Верес, Корректор Т Малец

Заказ 4848/32 Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, И-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101