1.本发明涉及机械领域，更具体的说，本发明涉及一种用于机床转台设备的分体式弹性静压抱闸套转台锁紧装置。
背景技术：2.数控机床在对工件指定角度平面或定向特征进行定位加工时,仅靠驱动系统和传动机构通常不能满足工件所需的定位精度要求，即使定位精度能够得到保证,当刀具或工件承受较大切削力时,尤其是在重切削时,其所处的回转轴也将承受较大的切削扭矩,这势必会带来由于驱动电动机发热量大、传动机构受力变形以及传动刚度不足而引起的刀具或工件振动等问题,以至严重影响工件的加工精度。为了避免此类问题的发生，机床转台回转轴中定位夹紧机构的设置得到了应用,该应用不但能够为回转轴指定角度的加工提供较高的定位精度,还能够分散传动机构定位加工时的受力,使其将力直接传递给箱体,以便驱动系统和传动机构均能得到释放,从而保证回转轴具有较高的传动刚性。
3.目前，机床转台使用的锁紧机构主要分为两大类：一是固定角度锁紧机构，二是任意角度锁紧机构。
4.所谓固定角度锁紧机构，一般采用鼠牙盘(三齿盘)式锁紧机构，该结构的优点是：精度高，刹车扭矩大，但它仅限于固定齿数的角度分度，不能满足任意角度分度的要求。
5.所述所谓任意角度锁紧机构，主要采用端面摩擦片式或轴向环抱式锁紧机构：摩擦片式锁紧机构结构的优点是：结构简单，安装方便，可以根据转台内部结构灵活调整转台锁紧位置，并能通过增加摩擦片的方式增大锁紧扭矩，对各零部件的工艺要求低，常应用于高转速，小扭矩的转台，但其锁紧时台面变形大，转台锁紧后的系统刚度下降，以至在指定角度的重切削下，铣削、车削均易产生转台扭转和台面倾斜等变形；环抱式锁紧机构利用薄壁圆筒的弹性变形抱紧主轴，其优点是：结构紧凑，锁紧扭矩大，常应用于大扭矩转台，但在锁紧机构工作时，锁紧力的作用会使主轴及转台产生一定形变，影响工件的定位精度和加工精度。除锁紧力外，在装配过程中产生的主轴与锁紧装置相对位置的误差也是影响主轴及转台变形的主要因素。
6.鉴于以上固定角度锁紧机构和端面摩擦片式锁紧机构所存在的问题，环抱式锁紧装置的应用更为广泛。但现有的环抱式锁紧装置，为了提高定位加工精度，对其零部件的制造精度和装置的装配精度要求都很高，如此，就极大地增加了转台的制作成本，而随着锁紧装置使用次数的增加，摩擦面的磨损程度也会不断增大，继而致使定位加工精度出现不可逆的下降，当加工误差超出机床的精度要求时，无法得到有效的调整，只能通过更换锁紧装置的零部件使其恢复精度。
技术实现要素：7.本发明目的就是针对以上现有技术存在的问题，提供一种锁紧力矩大、可调节锁紧后主轴姿态的分体式弹性静压抱闸套转台锁紧装置，以期有效地控制在实际加工过程中
转台锁紧状态下的加工精度。
8.本发明采用如下技术方案实现：
9.一种分体式弹性静压抱闸套转台锁紧装置，包括与转台固定安装的主轴，还包括分体式弹性静压抱闸套；所述的主轴通过转台轴承联结箱体并通过蜗轮连接驱动转台转动的动力系统；所述的分体式弹性静压抱闸套通过抱闸套支撑与所述的主轴相对固定，所述的抱闸套支撑通过端盖与所述的箱体固定为一体，所述的端盖上设置有注油孔口；所述的分体式弹性静压抱闸套由三片完全相同的弹性轴瓦组合而成，所述弹性轴瓦的外侧设置有压力油腔，所述压力油腔的内侧为薄壁设置，所述压力油腔的周边的密封槽内设置密封件；三片所述的弹性轴瓦通过螺钉环形均布且相互之间留有间隙的安装于所述的抱闸套支撑上并与所述的主轴之间留有间隙；所述抱闸套支撑的内部设置有三条分别连接独立液压系统的注油孔道，所述的注油孔道由设置在所述抱闸套支撑内部的径向盲孔和设置在所述抱闸套支撑壁内的轴向盲孔连通而成，所述的径向盲孔连通所述弹性轴瓦的压力油腔，所述的轴向盲孔通过所述端盖上的注油孔口连通外部液压系统的注油接头。
10.所述的弹性轴瓦以能产生较大弹性变形的薄壁管材制作，该管材的特点在于摩擦系数较大且具有足够的耐磨性。
11.用于所述压力油腔周边密封槽的密封件为特制的0型密封圈。
12.本发明克服了现有技术的诸多不足，其有益效果在于：
13.(1)将原有的环抱式抱闸套改进为分体式弹性静压抱闸套，可通过三条独立液压回路控制三片弹性轴瓦的弹性变形，还可通过调整三条液压回路中的压力改变弹性轴瓦的变形量，从而实现调节主轴及转台姿态的目的。
14.(2)避免了以往环抱式抱闸套因加工装配误差导致锁紧后主轴和转台姿态产生较大变化的现象，降低了锁紧机构对转台零部件加工装配的要求，可以有效控制锁紧后的加工精度。
15.(3)所述分体式弹性静压抱闸套各弹性轴瓦的作用近似悬臂结构，它们的自由端不仅有效的锁紧主轴，而且大大增加了锁紧面积和锁紧力矩，克服了现有的环抱式抱闸套基于旧设计的限制所造成的薄壁圆筒外压变形、抱闸套两端与主轴无接触、有效锁紧面积小的缺点，具有很好的实用性。
附图说明
16.图1是本发明的剖视结构示意图；
17.图2是图1中分体式弹性静压抱闸套与抱闸套支撑的结构示意图；
18.图3是图2中分体式弹性静压抱闸套的结构示意图；
19.图4是图3中一片弹性轴瓦的结构示意图；
20.图5是图2中抱闸套支撑的截面示意图；
21.图6是本发明实施例中设置转台误差测量点的示意图；
22.图7是本发明实施例中在转台实测平面上区域划分的示意图。
23.图中标号:
24.1-箱体，2-转台轴承，3-主轴，4-转台，5-分体式弹性静压抱闸套，51-弹性轴瓦，511-压力油腔，512-密封槽，6-抱闸套支撑，601-注油孔道，7-端盖，701-注油孔口。
具体实施方式
25.为了使本发明更容易被清楚理解，以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作以详细描述。
26.参照图1，本发明的分体式弹性静压抱闸套转台锁紧装置，包括与转台4固定安装的主轴3和分体式弹性静压抱闸套5；所述的主轴3通过转台轴承2与箱体1联结为一体并通过蜗轮连接动力系统驱动所述的转台4相对于所述的箱体1转动；所述的分体式弹性静压抱闸套5通过抱闸套支撑6与所述的主轴3相对固定，所述的抱闸套支撑6通过端盖7与所述的箱体1固定联结，所述的端盖7上加工有注油孔口701。
27.参照图2、图3、图4，所述的分体式弹性静压抱闸套5由三片完全相同的弹性轴瓦51组合而成，所述弹性轴瓦51的外侧设置有压力油腔511，所述压力油腔511的周边设置有密封槽512，所述的密封槽512内安装特制的0型密封圈。
28.三片所述的弹性轴瓦51通过螺钉环形均布的安装于所述的抱闸套支撑6上并与所述的主轴3之间留有间隙，如此设置的目的是保证在锁紧装置不工作期间所述的主轴3可以正常旋转；三片所述的弹性轴瓦51之间同样留有间隙，其设置目的是避免锁紧装置锁紧时三片所述弹性轴瓦51的边缘因互相挤压增大应力并阻碍径向变形，影响最终的锁紧效果。
29.所述压力油腔511内侧的薄壁部分，是本发明锁紧装置产生弹性变形的主要区域，当需要锁紧所述的转台4时，液压油充满所述的压力油腔511，使所述的弹性轴瓦51产生弹性变形从而抱紧所述的主轴3，提供锁紧需要的摩擦力矩；当需要松开所述的转台4时，液压系统卸压，液压油回流，不再充满所述的压力油腔511，所述的弹性轴瓦51在自身弹性作用下恢复原状，保持与所述主轴3之间的间隙配合。
30.参照图5，所述抱闸套支撑6的内部加工有三条注油孔道601作为压力油的充放通道，三条所述的注油孔道601分别连接三条独立控制的液压系统。所述的注油孔道601由开在所述抱闸套支撑6内部的径向盲孔连通开在所述抱闸套支撑6壁内的轴向盲孔而成，所述的径向盲孔连通所述弹性轴瓦51的压力油腔511，所述的轴向盲孔通过所述端盖7上的注油孔口701连通与外部液压系统相连接的注油接头。当所述的转台4锁紧时，三条液压系统同时向三条所述的注油孔道601供油，并通过三条所述的注油孔道601进入三片弹性轴瓦51的三个压力油腔511；当液压油充满所述的压力油腔511后，所述的弹性轴瓦51发生变形从而抱紧所述的主轴3实现锁紧功能。
31.应用本发明的分体式弹性静压抱闸套转台锁紧装置时，被加工工件通过装夹定位工具固定在所述的转台4上。当工件需要定位加工时，可在所述的转台4分度旋转后将其锁紧，从而保证被加工工件在整个加工过程中位于所述转台4坐标系中的位置不会产生变化，并可靠的保证加工精度。
32.在本实施例中，所述的弹性轴瓦51选择能产生较大弹性变形的薄壁管材加工而成，选用该薄壁管材时，应保证在其摩擦系数较大的同时具有足够的耐磨性。
33.本领域技术人员周知，在锁紧力作用下，所述的主轴3和所述的转台4都有可能产生一定变形，而所述转台4的零部件在加工和装配过程中也会存在不可避免的误差，这些误差的累积又会增大所述主轴3和转台4的变形。所以，为了降低变形程度，在应用本发明的分体式弹性静压抱闸套转台锁紧装置进行实际加工前，可以设置测量采样点对所述转台4台面的变形数据进行采集和处理，通过描述所述转台4的空间姿态看其是否满足加工要求。如
果不满足加工要求，可以根据数据结果的分析对本发明装置中三条液压回路的压力进行调整，从而使与之对应的三片所述弹性轴瓦51的变形量和所述主轴3的姿态得到调整，直至所述转台4的空间姿态满足锁紧状态下的加工精度要求。
34.参照图6、图7，具体的调整方法包括以下步骤：
35.(1)选取测量点并测量所述转台4自由状态下的平面状态：
36.本实施例采用图6所示的圆环形平面布点法，以周向均布取6个点，径向各间隔50mm取3个点的方式，取a1、a2、a3、a4、a5、a6、b1、b2、b3、b4、b5、b6、c1、c2、c3、c4、c5、c6共18个测量点进行测量，测量顺序依次为：a1、a2、a3、a4、a5、a6、b1、b2、b3、b4、b5、b6、c1、c2、c3、c4、c5、c6。
37.(2)测量转台锁紧状态下的平面状态：
38.启动液压系统，锁紧转台4。初次调整前，三条液压系统按理想装配条件下可靠锁紧的最小供油压力供油，本实施例中设置最小供油压力为5mpa，对步骤(1)中所取的各个测量点进行重新测量，以锁紧前后测量点高度差值作为变形量δz。
39.(3)对步骤(1)、(2)所采集的数据进行可视化处理，以直观体现锁紧状态下所述转台4的平面变形：
40.a.使用matlab中的linspace函数在采集点区间内生成均匀分布的数据；
41.b.控制插值点数据范围和数量；
42.c.使用meshgrid函数生成网格，并调用griddata函数在网格上插值(插值方法采用立方插值法cubic)；
43.d.使用绘图方法(surf、mesh等)生成曲面。
44.(4)建立压力调整的指导模型：
45.基于多体理论建立机床精度模型，得到转台变形量与机床精度的数学关系，并根据机床精度要求反推转台平面极限变形量；建立主轴-转台-轴承在三向载荷下的静力学模型，推导台面变形量与三片所述弹性轴瓦51压力之间的关系，建立起压力调整的指导模型。
46.(4)观察实测平面的倾斜方向和最大变形区域，调整三片所述弹性轴瓦51的液压回路压力。
47.将实测平面按所述弹性轴瓦51的布置方式划分为i、ii、iii三个区域，三个区域分别对应于三片弹性轴瓦51的所在位置，根据所述转台4台面变形在三个区域的分布，可分为以下三种情况：
48.①
若沿z轴向上的变形主要发生在单一区域，则增大与其对应的那一片弹性轴瓦51的供油压力；
49.②
若沿z轴向上的变形主要发生在两区域交界，则分别增大两区域对应的那两片弹性轴瓦51供油压力；
50.③
若调整压力过程中，所述转台4台面整体沿z轴向下变形，则减小沿z轴向下最大变形所处区域对应的那片弹性轴瓦51供油压力，但要保证三片所述的弹性轴瓦51各自的供油压力不低于理想装配条件下满足锁紧要求的最小供油压力。
51.(6)重复步骤(2)至步骤(5)，直至所述转台4的误差满足要求。
52.在以上调整方法的步骤中，供油压力的调节量应根据区域的最大变形量设置。在本实施例中：当最大变形量大于1.5μm时，每次的调节量为0.2mpa；
53.当最大变形量大于1μm小于1.5μm时，每次的调节量为0.1mpa；
54.当最大变形量小于1μm时，每次调节量为0.05mpa。
55.以上参照附图和实施例对本发明分体式弹性静压抱闸套转台锁紧装置的技术方案进行了示意性描述，该描述没有限制性。本领域的普通技术人员应能理解，在实际应用中，本发明中各部件的结构设置或布置方式均可能发生某些改变，而其他人员在其启示下也可能做出相似设计。特别需要指出的是，只要不脱离本发明的设计宗旨，所有显而易见的改变均包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种分体式弹性静压抱闸套转台锁紧装置，包括与转台固定安装的主轴，其特征是：它还包括分体式弹性静压抱闸套；所述的主轴通过转台轴承联结箱体并通过蜗轮连接驱动转台转动的动力系统；所述的分体式弹性静压抱闸套通过抱闸套支撑与所述的主轴相对固定，所述的抱闸套支撑通过端盖与所述的箱体固定为一体，所述的端盖上设置有注油孔口；所述的分体式弹性静压抱闸套由三片完全相同的弹性轴瓦组合而成，三片所述的弹性轴瓦通过螺钉环形均布且相互之间留有间隙的安装于所述的抱闸套支撑上并与所述的主轴之间留有间隙。2.根据权利要求1所述的分体式弹性静压抱闸套转台锁紧装置，其特征是：所述弹性轴瓦的外侧设置有压力油腔，所述压力油腔的内侧为薄壁设置，所述压力油腔周边的密封槽内设置有密封件。3.根据权利要求2所述的分体式弹性静压抱闸套转台锁紧装置，其特征是：所述的弹性轴瓦以能产生较大弹性变形的薄壁管材制作，该管材的特点在于摩擦系数较大且具有足够的耐磨性。4.根据权利要求2所述的分体式弹性静压抱闸套转台锁紧装置，其特征是：用于所述压力油腔周边密封槽的密封件为特制的0型密封圈。5.根据权利要求1所述的分体式弹性静压抱闸套转台锁紧装置，其特征是：所述抱闸套支撑的内部设置有三条分别连接独立液压系统的注油孔道，所述的注油孔道由设置在所述抱闸套支撑内部的径向盲孔和设置在所述抱闸套支撑壁内的轴向盲孔连通而成，所述的径向盲孔连通所述弹性轴瓦的压力油腔，所述的轴向盲孔通过所述端盖上的注油孔口连通外部液压系统的注油接头。
技术总结本发明公开了一种分体式弹性静压抱闸套转台锁紧装置，该装置包括与转台固定的主轴以及分体式弹性静压抱闸套；所述的主轴通过转台轴承联结箱体并通过蜗轮连接驱动转台转动的动力系统；所述的分体式弹性静压抱闸套通过抱闸套支撑与主轴相对固定，所述的抱闸套支撑通过端盖与箱体固定；所述的分体式弹性静压抱闸套由三片完全相同的弹性轴瓦组合而成，三片弹性轴瓦通过螺钉环形均布且相互之间留有间隙的安装于所述的抱闸套支撑上并与主轴之间留有间隙。本发明将原有的环抱式抱闸套改进为分体式弹性静压抱闸套，其优点是：可通过三条独立液压回路控制三片弹性轴瓦的弹性变形，并以调整三条液压回路中压力的方式改变弹性轴瓦的变形量，从而实现调节主轴及转台姿态的目的，有效控制锁紧后的加工精度。有效控制锁紧后的加工精度。有效控制锁紧后的加工精度。
技术研发人员：贾淑衡 张大卫 高卫国 马占旭
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2022.07.18
技术公布日：2022/11/1
