力矩电机直驱闭式静压转台设计研究

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液压气动与密封／2013年第05期力矩电机直驱闭式静压转台设计研究潘高星(天津市第二机床有限公司，天津300409)摘要：主要阐述了力矩电机直驱闭式静压转台的基本结构和特点优势，附件系统组成，转台静压轴承刚度计算以及应用实例。关键词：力矩电机；闭式静压；转台中图分类号：TG580．23文献标识码：A文章编号：1008—0813(2013)05—0054—03DesignandResearchofClose——typeHydrostaticRotaryWorktablewithTorqueMotorDirectDriveSystemPANGao-xing(TianjinNo2．MachinetoolCo．，Ltd．，Tianjin300409，China)Abstract：Thearticleintroducesthestructureandadvantageofclose-typehydrostaticrotaryworktablewhichisdirectdfivedbytorquemot0r-theconstitutionoftheaccessorysystem．therigiditycalculationandtheapplicationofrotaryworktable．Keywords：torquemotor；c]ose—typehydrostatic；rotaryworktableO引言面滑动轴承支撑和开式静压轴承支撑等形式。贴塑滑动支撑摩擦系数在0．04左右．摩擦力大易于磨损．并且随着航空航天、军工、汽车、高速铁路等行业的高易出现爬行现象只应用于低端产品中：滚动轴承摩擦速发展。零件的加工精度越来越高，所以对高精度、高系数在0．002左右．同样存在磨损现象．并且大型滚动刚度、高效率的数控机床产品的需要更加迫切，那么对轴承造价极其昂贵，同时滚动体一致性要求较严格，不组成高端机床的基础功能部件精度和刚度的要求也就同精度尺寸滚动体运动同样会带来振动．目前主要应越来越高．力矩电机直驱闭式静压转台是高端回转体用于中端的普通和精密精度产品中：静压轴承支撑摩金属加工机床必备的基础功能部件之一．具有高精度、擦系数仅为0．0005．由于回转零件与支撑之间为纯液承载能力强、刚度大、稳定性好等特点，是将直驱技术体摩擦，摩擦力极低。如无特殊原因误操作，寿命无限和静压技术在转台上的集成创新设计期．同时静压油膜具有吸振性而且轴承加工制造成本1主要特点及优势较低．所以静压轴承是目前高端产品广泛采用的支撑力矩电机直驱闭式静压转台主要特点及优势体现形式。开式静压是单面静压轴承作用，由于加工制造比在两方面。闭式静压简单．目前应用较多，闭式静压是双面静压轴承共同作用．同开式静压相比，油膜厚度变化小，承载1)驱动形式传统转台驱动形式主要为齿轮传动、蜗轮蜗杆传能力更大，刚性更高，稳定性更好，可以保证更高的支动、皮带传动等形式，普遍具有传动效率低、并伴随振撑精度和较小的摩擦．将应用越来越广【】-4]。动、噪声大、具有偏载力和具有反向间隙等特点，力矩2主体结构组成电机直驱转台克服了这些缺点．由于直接驱动，没有传如图1所示．为力矩电机直驱闭式静压转台主体动间隙．没有偏载力保证了更高的驱动精度，具备较低结构示意图的驱动能耗直驱电机采用西门子公司1FW系列的力矩电机．2)支撑轴承形式电机转子连接于电机转子支撑轴并与工作台相连．驱传统转台支撑普遍采用滚动轴承支撑、贴塑导轨动工作台旋转．工作台与圆导轨由高性能螺钉连接在一起．由液压站提供的高压油经节流器节流后通人各收稿日期：2012—12—17作者简介：潘高星(1982一)，男，黑龙江依安人，工程师，学士，主要从事高静压油腔．轴向上油腔和轴向下油腔共同作用形成轴精度数控立式万能磨床及静压功能部件设计研究。向闭式静压轴承．起工作台轴向支撑的作用．根据不同54 HvdraulicsPneumatics＆Seals／N0．05．2013的转台规格，普遍在轴向上下圆环上各均匀布置6～8表1静压轴承参数个静压槽，径向油腔的静压轴承起工作台径向的定心支撑的作用，一般在圆柱面上均匀布置4～6个静压槽。节流器根据静压槽的多少来布置，一个静压槽布置一个节流器。1n129R76S432l4llll一工作台底座2一支撑垫3一上静压盘4一工作台5一圆导轨6一径向静压轴承7一电机转子支撑轴8一电机转子9一电机定子油腔压力P=p／~=2MPalO一节流器I1一圆光栅12一轴向上油腔13一轴向下油腔14一径向油腔1)轴向静压轴承图1转台结构(1)单面轴向油腔有效承载面积A3附件系统组成一(2)支撑转台稳定运转的附件系统包括液压系统、冷掣22J却系统和电气系统。A：0m1)液压系统(2)轴向轴承刚度液压系统主要作用是向转台静压轴承提供恒定供j_-2x6(卢一1)pA油压力和流量，同时具备一定的保护功能，主要是保证(3)口在意外情况发生时不损坏静压轴承，包括系统意外断27000N／p,m电保护、低压报警保护、过滤器堵塞保护等。2)径向静压轴承2)冷却系统(1)单个油腔有效承载面积S由于静压轴承为液体摩擦．会使液压油温度不断升高，影响轴承精度，需要油冷机对液压油进行恒温控S=2R(B+L)sin掣(4)二制，同时力矩电机也是转台主要发热源也要对其进行S=0．026m水冷，需要配备单独的水冷机以保证电机的正常运行。(2)径向轴承刚度G3)电气系统G=2×6Sp~(fl-1)cosa一主要是对力矩电机进行驱动以及液压系统、冷却，(5)系统的电气控制，并且能与这些机械装置实现机电联G=14306N／l~m锁保护。5应用实例4静压轴承刚度理论计算该规格结构转台已经过实际生产并成功应用于轴向静压轴承结构示意如图2所示，径向静压轴承2MKG95100数控高精度立式万能磨床上，该机床在结构示意如图3所示。选用毛细管节流器作为流量控2011年中国国际机床展览会成功展出，机床磨削工件制，以lm转台规格为例尺寸参数见表1。表面粗糙度小于Ra0．2，圆度小于0．002mm。由于零件=三兰加工精度和使用环境等诸多因素影响，转台性能试验数据与理论计算还是有一定差距，转台实际实现的技．术参数及精度见表2。6结语图2轴向静压轴承结构图3径向静压轴承结构力矩电机直驱闭式静压转台可广泛应用于高精车55 液压气动与密封／2013年第05期表2技术参数及精度基本上是主轴产品，静压转台还未形成有规模的系列化生产，有很大的发展前景。参考文献【1】周望，等．液体静压转台技术综述[J】．制造技术与机床，2011，(4)．【2】王东峰．液体静压导轨及其在机床导轨设计中的应用研究[J]．液压气动与密封，2003，(10)：26—28．【3】孙岗存，等．闭式静压回转工作台的设计研究[J】．机械工程师，2011，(5)：24-25．『4]郭鑫，等．闭式静压转台及其双向活塞夹紧机构的应用【J]．金床、高精铣床等各类高精度机床．直驱技术与静压技术属加工冷加工，2011，f22】：43—45．的结合可以大幅提高机床加工精度、承载能力和稳定【5】王致清，沙宝森．静压支承摩擦付的一种最优化设计法fJ1．液性，国际上已有包括德国ZOLLERN、HYPROSTATIK等压气动与密封，1983，(1)．多家公司从事高精度静压转台的研发和生产，国内目【6】钟洪，张冠坤．液体静压动静压轴承设计使用手册[M】．北京：前还处于起步阶段。静压功能部件厂家主要生产的还电子工业出版社，2007，(9)．-——●一一—+一一+(上接第53页)[3】卢荣福．电液伺服阀计算机辅助测试[D】．合肥：合肥工业大学，对伺服阀频率特性测试系统存在的误差。基本上20o5．是采用提高测试元件精度的办法来减小系统误差；在[4]沈德均，王志山．力反馈电液伺服阀的温度零飘【J]．液压与气动，1989，(3)．软件上，基本上是采用数字滤波和采样曲线拟合的办[5]ViemmaTJ．Analysis，SynthesisandDesignofHydraulic法来减少测试结果存在的随机误差。ServosystemandPipe-lines[M]．Amsterdam：ElsevierScientific6干扰误差PublishingCompany，1980．【6]LiuQing．CompensationofDynamicMeasurementErrorfor电液伺服阀CAT测试系统由计算机控制整个测试SensorstllMeasurementNoise[J]．JiangsuDaxueXuebao．过程。在测试现场。由于被控对象和被测信号分布在不2006，27(2)：160~163．同的地方，计算机与它们之间也有相当长的距离；另外[7]吕宏庆，苏毅，杨建勇，等．电液伺服系统中的非线性及其影响现场有强电设备。它们的启动与工作过程对计算机产分析[J]．机床与液压，2002，(1)：116～ll8．生强烈的干扰。如电动机和其他电气设备产生的磁场【8】Florinlonescu．SomeAspectsConcerningNonlinearMathem—及各种电磁波辐射等，这些电磁场的存在和变化，使测atiealModelingandBehaviorofHydraulicElementsand试系统出现电干扰，信号线与控制线传递的信号失真，Systems[J]．NonlinearAnalysisTheory，Methods&Applications，因此采取抗干扰措施，是减少干扰误差所必需的阍。1997，30(3)：1447—146O．『91ChengD．GlobalLineariz~ionofNonlinearSystemsViaFee—7小结dback~]．IEEETrans．Aut．Control，AC一30，1985．通过分析认为对电液伺服阀测试造成误差的来源【10】王燕山．基于虚拟仪器的电液伺服阀静动态特性CAT理论较广，主要有油源、温度、压力波动、非线性及干扰等多与实验研究【D】．秦皇岛：燕山大学，2001．【11]许益民．电液伺服阀动态相频特性CAT数据处理误差分析个因素。并且从理论上分析了这些误差因素的成因和可[J]．机械工程学报，2005，41(1)：46-49．能影响误差的程度，对误差产生的来源有了更深入的了【12]YaoXiaoxian，LinFan．FrequencyResponseComputationand解，有利于从根本上找到降低电液伺服阀测试误差的方ErrorAnalysesO]．JournalofBeijingInstituteofTechnology，法，以便在测试中加以控制，尽量减少测试误差。1999，8(4)：381~385．参考文献[13]阳玲．工业测控软件的抗干扰技术[J]．计算机应用，1996，16(5)．【1】李健锋．高性能电液控制伺服阀性能参数测控系统研究[D1．【14】庄哲民．微机应用系统的抗干扰设计[J]．工业控制计算机，昆明：昆明理工大学．2008．1996，(5)：29~30．【2】李健锋，袁锐波，张自华．电液伺服阀测试系统研究[J】．液压与[15】陈勇．工业控制计算机的抗干扰技术[J】．工业控制计算机，气动，2007，(12)．1996，f5)：31～33．