CN119057508B - 高速高精重载永磁力矩电机液体静压转台 - Google Patents

Abstract

本发明属于精密机床技术领域，公开一种高速高精重载永磁力矩电机液体静压转台，包括基座、回转体、盖合在基座上的盖板、与回转体固定相连的转台台面以及驱动回转体的永磁力矩电机；基座具有环形腔体，在环形腔体内设有隔离筒；永磁力矩电机位于外环腔内且环设于回转体的外周侧，隔离筒固定在回转体的外周侧，电机动子固定在隔离筒外周侧，使永磁力矩电机对回转体的驱动力臂大于回转体的半径以增大对回转体的驱动力矩。本发明通过降低转台的轴向高度并增大对回转体的驱动力矩来满足重载型转台进行高速、高精度回转运动的要求。

Description

高速高精重载永磁力矩电机液体静压转台

技术领域

本发明涉及精密机床技术领域，尤其是涉及一种高速高精重载永磁力矩电机液体静压转台。

背景技术

对于具有大径高比的重载型转台而言，其转台台面直径可超过1m，需要承载进行加工转动的工件质量可达数吨，对转台的驱动力矩、旋转精度等特性提出了更高的要求。

中国专利CN103111855B公开了一种大径高比超精密液体静压转台，主轴下端通过连接盘与力矩电机的转子固定连接，力矩电机的子通过电机座固定连接于转台底座的下平面，即力矩电机安装在转台的底部，由此带来至少如下缺陷：一是因力矩电机安装在转台的底部，导致转台的整体高度较大，增大了转台台面的倾覆风险，不利于提高转台台面的端面跳动精度；二是力矩电机对主轴的力臂较小，产生的驱动力矩小，难以满足重载型转台进行高速、高精度回转运动的实际需求。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出一种高速高精重载永磁力矩电机液体静压转台，将永磁力矩电机环设于回转体的外周侧，通过降低转台的轴向高度并增大对回转体的驱动力矩来满足重载型转台进行高速、高精度回转运动的要求。

本发明提出一种高速高精重载永磁力矩电机液体静压转台，包括基座、回转体、盖合在基座上的盖板、位于盖板上方并与回转体固定相连的转台台面以及用于驱动回转体的永磁力矩电机；基座具有环形腔体，在环形腔体的中部设有安装轴；在环形腔体内设有与安装轴同轴的隔离筒，隔离筒的轴向高度大于回转体，由隔离筒将环形腔体分隔成位于隔离筒与安装轴之间的内环腔和位于隔离筒与环形腔体内侧壁之间的外环腔；回转体位于内环腔，通过中部的轴孔套设在安装轴上，且回转体与内环腔之间具有液体静压支承结构；永磁力矩电机位于外环腔内且环设于回转体的外周侧，包括圆环形电机定子和圆环形电机动子，电机定子固定在环形腔体内侧壁；隔离筒固定在回转体的外周侧，电机动子固定在隔离筒外周侧，使永磁力矩电机对回转体的驱动力臂大于回转体的半径以增大对回转体的驱动力矩。

优选的，在安装轴上均匀间隔的环设有若干第一静压组件，第一静压组件与轴孔内壁之间具有形成径向静压止推油膜的径向间隙；在盖板下侧面呈圆环状排列设有若干第二静压组件，第二静压组件与回转体上端面之间具有形成向下静压止推油膜的上轴向间隙；在环形腔体腔底呈圆环状均匀间隔排列设有若干第三静压组件，第三静压组件与回转体上端面之间具有形成向上静压止推油膜的下轴向间隙；其中，径向间隙、上轴向间隙和下轴向间隙均为0.1mm-0.05mm。

优选的，电机定子和电机动子在纵截面的正投影，均至少与回转体部分重合，且永磁力矩电机的顶端不高于回转体的顶端。

优选的，设置永磁力矩电机的质心，与回转体的质心重合或位于回转体的质心下方。

优选的，电机定子和电机动子在纵截面的正投影的至少4/5与回转体重合，且电机定子和电机动子的底端向下延伸出回转体的底端。

优选的，安装轴的下端设有外径大于轴孔内径的内承台，在环形腔体腔底设有支撑环，在内承台与支撑环之间形成第一积油环槽，在第一积油环槽槽底设有若干第一泄油口。

优选的，支撑环顶端面低于内承台，若干个第三静压组件均匀间隔的设置在支撑环顶端面，且第三静压组件靠近回转体的外圆周设置。

优选的，隔离筒下端与支撑环之间形成第二积油环槽，在第二积油环槽槽底设有若干第二泄油口；在回转体外周侧均匀间隔的设有若干过油竖槽，过油竖槽的下端与第二积油环槽相连通设置。

优选的，隔离筒底端与环形腔体腔底之间具有第一挡油结构，第一挡油结构包括：在环形腔体腔底相对支撑环设有纵截面为倒L形的第一挡油环部，以及从隔离筒底端向外侧延伸设置的凸起环，凸起环的末端延伸至第一挡油环部下方。

优选的，隔离筒顶端与盖板之间具有第二挡油结构，第二挡油结构包括：从隔离筒顶端向上延伸出纵截面为倒L形的第二挡油环部，以及设置在盖板下侧面的挡油槽，第二挡油环部延伸至挡油槽内。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

相比现有技术将力矩电机安装在回转体底部而言，本发明将永磁力矩电机同轴设置在回转体的外周侧，且永磁力矩电机的电机动子通过隔离筒与回转体的外周侧固定相连，不仅让永磁力矩电机不会增高转台的整体高度，还利用隔离筒增大了永磁力矩电机驱动回转体的驱动力矩，能够满足大径高比的重载型转台进行高速、高精度回转运动的驱动要求。

附图说明

图1是本发明转台的立体结构示意图。

图2是本发明转台的分解结构示意图。

图3是基座的立体结构示意图。

图4是隔离筒与回转体的装配结构示意图。

图5是隔离筒的截面结构示意图。

图6是回转体与转台台面固定装配的结构示意图。

图7是第二静压组件安装在盖板下侧面的结构示意图。

图8本发明转台的一个剖视立体结构示意图。

图9本发明转台的一个剖面结构示意图。

其中，图中各标号含义如下：基座1，环形腔体11，安装轴12，内承台121，支撑环13，第一积油环槽14，第一泄油口15，第二积油环槽16，第一挡油环部17，回转体2，轴孔21，过油竖槽22，盖板3，转台台面4，电机定子51，电机转子52，隔离筒6，凸起环61，第二挡油环部62，第一静压组件71，第二静压组件72，第三静压组件73。

具体实施方式

为更进一步阐述本申请为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

本发明公开一种高速高精重载永磁力矩电机液体静压转台（简称“液体静压转台”或“转台”），主要通过改进永磁力矩电机与回转体的装配结构，达到降低转台的轴向高度并增大永磁力矩电机对回转体的驱动力矩，以满足大径高比（一般指回转体的直径与高度比不小于3）、能承载较重工件的重载型转台进行高速、高精度回转运动的要求。

结合图1-9所示，本发明公开的转台具体包括基座1、回转体2、盖合在基座1上的盖板3、位于盖板3上方并与回转体2固定相连的转台台面4以及用于驱动回转体2的永磁力矩电机。由永磁力矩电机对回转体2产生驱动力矩，驱动回转体2带动转台台面4进行回转运动，以满足安装在转台台面4上的工件在加工过程中进行高精度快速回转运动的需要。

基座1具有环形腔体11，在环形腔体11的中部设有安装轴12。回转体2和永磁力矩电机均同轴设置在环形腔体11内。盖板3盖合在环形腔体11上，转台台面4的主轴通过螺钉与回转体2固定在一起。

具体来说，在环形腔体11内设有与安装轴12同轴的隔离筒6，隔离筒6的轴向高度大于回转体2；隔离筒6顶端、底端分别与盖板3及环形腔体11腔底非接触式相对设置，由隔离筒6将环形腔体11分隔成位于隔离筒6与安装轴12之间的内环腔和位于隔离筒6与环形腔体11内侧壁之间的外环腔。

其中，回转体2为圆环结构，其中部设有孔径大于安装轴12外径的轴孔21；回转体2位于内环腔，通过中部的轴孔21套设在安装轴12上。

回转体2在内环腔内的支承形式采用液体静压，即，回转体2与内环腔之间具有液体静压支承结构。具体来说，液体静压支承结构包括：在安装轴12上均匀间隔的环设有若干第一静压组件71，第一静压组件71与轴孔21内壁之间具有径向间隙，第一静压组件71与供油管路连接以按需向径向间隙注入液压油，液压油在径向间隙内形成对回转体2的径向静压止推油膜；在盖板3下侧面呈圆环状均匀间隔排列设有若干第二静压组件72，第二静压组件72与回转体2上端面之间的轴向具有上轴向间隙，第二静压组件72与供油管路连接以按需向上轴向间隙内注入液压油，液压油在上轴向间隙内形成对回转体2的向下静压止推油膜；在环形腔体11腔底呈圆环状均匀间隔排列设有若干第三静压组件73，第三静压组件73与回转体2上端面之间具有下轴向间隙，供油管路通过第三静压组件73向下轴向间隙按需注入液压油，液压油在下轴向间隙形成对回转体2的向上静压止推油膜。

利用径向静压止推油膜、向下静压止推油膜及向上静压止推油膜对回转体2在径向、上下轴向方向上分别进行止推限位，可以满足转台的回转精度和定位精度的需求，有利于提高转台承载能力并确保旋转精度，同时保证转台使用过程中可靠的保持性能以提高稳定性和可靠性。

其中，径向间隙、上轴向间隙和下轴向间隙均为0.1mm-0.05mm，以使径向静压止推油膜、向下静压止推油膜及向上静压止推油膜对应均位于0.1mm-0.05mm范围内。厚薄适中的油膜不仅可以保证油膜具有足够的强度以满足转台的重载要求，同时利用油膜可以减少回转体2与环形腔体11之间的摩擦阻力，有利于降低永磁力矩电机的功率损失以提高转台的静态性能和动态性能。

在一个具体实际应用中，径向间隙、上轴向间隙和下轴向间隙均介于0.08mm-0.05mm之间，依据本方案实施的转台所实现的最大回转直径达到1.8m，转台台面直径达到1.6m，能够承载的工件最大质量达到8T，转台的最大扭矩达到24KN*m，能够满足对大质量工件加工的回转要求，整个转台的运行平稳且精度较高。

本发明将永磁力矩电机容置在外环腔内且环设于回转体2的外周侧。具体来说，永磁力矩电机包括圆环形电机定子51和圆环形电机动子52，电机定子51固定在环形腔体11内侧壁；电机动子52固定在隔离筒6外周侧，且隔离筒6固定在回转体2的外周侧。

如图6所示，O-O为回转体2或安装轴12的中轴线，回转体2的半径R，由于电机定子51通过隔离筒6固定在回转体2的外周侧，隔离筒6位于回转体2与电机定子51之间，利用隔离筒6增大了电机动子52对回转体2的驱动力臂L，使永磁力矩电机对回转体2的驱动力臂L大于回转体2的半径R，在永磁力矩电机输出功率不变时，通过增大驱动力臂L能够对应增大对回转体2的驱动力矩，以满足转台进行重载、高速回转运动的驱动要求。

电机定子51和电机动子52在纵截面的正投影，均至少与回转体2部分重合，让电机动子52固定在回转体2的外周侧时不会明显的增大回转体2的整体高度。

并且，永磁力矩电机的顶端不高于回转体2的顶端设置，这是因为：当固定在转台台面4的工件在加工过程中承受较大的冲击载荷导致转台台面4在周向或/和轴向偏载严重时，转台台面4在受到不均匀载荷时会因受力不均而发生变形或振动形成端径跳误差；当永磁力矩电机的顶端高于回转体2的顶端时，永磁力矩电机对回转体2施加的驱动力矩主要位于回转体2的中上部分，驱动力矩可能会加剧转台台面4在不均匀载荷时产生的端径跳误差而导致转台的精度较低。为此，本发明将永磁力矩电机的顶端不高于回转体2的顶端设置，让永磁力矩电机对回转体2施加的驱动力矩主要位于回转体2的中下部分，使得转台运转更平稳，具有更小的端径跳误差，有利于提高转台的回转精度及定位精度。

如图6所示，本发明设置永磁力矩电机的质心n，与回转体2的质心m重合，或者，永磁力矩电机的质心n位于回转体2的质心m的下方。为了便于理解，假设永磁力矩电机、回转体2均为外形规则且质量均匀的部件，那么，回转体2的质心m位于回转体2在轴向的二平分线A-A与中轴线O-O的交汇处，而永磁力矩电机的质心n则位于永磁力矩电机在轴向的二平分线B-B与中轴线O-O的交汇处。如此结构是确保永磁力矩电机对回转体2施加驱动力矩的位置，主要集中在回转体2的中部或中部偏下的位置，有利于让转台运行更平稳，误差更小，精度更高。

在一个实施例中，电机定子51和电机动子52在纵截面的正投影与回转体2重合高度h1，电机定子51和电机动子52的底端向下延伸出回转体2底端的高度h2，那么，电机定子51和电机动子52的实际高度为h1+h2，且h1占实际高度至少为4/5。如此设置，基本可以确保永磁力矩电机的质心n与回转体2的质心m重合或位于回转体2的质心m下方。

隔离筒6在本发明整个技术方案的作用，至少包括如下几个方面：一是隔离筒6作为电机动子52与回转体2的连接介质，让电机动子52通过隔离筒6能够固定在回转体2的外周侧；二是隔离筒6用于增大电机动子52对回转体2的驱动力臂，达到增大永磁力矩电机对回转体2的驱动力矩；三是对基座1的环形腔体11进行区隔，让内环腔内的液压油相对外环腔进行隔离，使液压油在内环腔内相应形成的油膜能够达到对回转体2的静液支承。

当然，进入内环腔内的液压油，根据实际的静压条件，部分或全部的液压油需要及时排走，为此在回转体2的下方设有排油通道。

具体来说，安装轴12的下端设有外径大于轴孔21内径的内承台121，在环形腔体11腔底设有支撑环13，在内承台121与支撑环13之间形成第一积油环槽14，在第一积油环槽14槽底设有若干第一泄油口15。从第一静压组件71和第三静压组件73喷出的液压油，部分液压油往下流入第一积油环槽14内，在需要部分或全部排走，通过第一泄油口15流出至基座1底部的回油腔或通过回流管路及时排走。

其中，支撑环13顶端面低于内承台121，若干个第三静压组件73均匀间隔的设置在支撑环13顶端面，且第三静压组件靠近回转体2的外圆周设置。并且，第三静压组件73的顶端面也低于内承台121的顶端面。

再者，隔离筒6下端与支撑环13之间形成第二积油环槽16，在第二积油环槽16槽底设有若干第二泄油口；在回转体2外周侧均匀间隔的设有若干过油竖槽22，过油竖槽22的下端与第二积油环槽16相连通设置。从第二静压组件72喷出的液压油，在第二静压组件72与回转体2上端面之间形成向下静压止推油膜时，部分液压油经过若干个过油竖槽22往下流入第二积油环槽16内。当第二积油环槽16内的液压油需要排走时，通过第二泄油口流出至基座1底部的回油腔或通过回流管路及时排走。

利用隔离筒6让内环腔内的液压油相对外环腔进行隔离，设置隔离筒6的轴向高度大于回转体2，且隔离筒6的底端、顶端分别与盖板3及环形腔体11腔底之间分别具有第一挡油结构和第二挡油结构，利用第一挡油结构和第二挡油结构来提高隔离筒6对内环腔内的液压油的阻挡能力，避免内环腔内的液压油从隔离筒6的底端及顶端发生溢出。

第一挡油结构具体包括：在环形腔体11腔底相对支撑环13设有纵截面为倒L形的第一挡油环部17；隔离筒6底端具有向外侧延伸的凸起环61，凸起环61的末端延伸至第一挡油环部17下方。在回转体2回转运动过程中，从第二静压组件72、第三静压组件73喷出的部分液压油会甩入第二积油环槽16内，通过隔离筒6底端的凸起环61的末端延伸至第一挡油环部17下方，凸起环61对液压油进行阻挡及导向，让第二积油环槽16内的液压油不会从凸起环61与第一挡油环部17之间发生泄漏。

第二挡油结构具体包括：隔离筒6顶端向上延伸出纵截面为倒L形的第二挡油环部62，在盖板3下侧面设有挡油槽，第二挡油环部62延伸至挡油槽内。当第二静压组件72喷出的部分液压油运动到隔离筒6内壁后，部分液压油在回转体2回转运动中产生的离心力作用下沿着隔离筒6内壁向上运动，由盖板3下侧面的挡油槽与隔离筒6顶端的第二挡油环部62协同配合，对液压油进行阻挡，让液压油发生回落，通过回转体2周侧边的过油竖槽22落入第二积油环槽16内，起到防止液压油通过隔离筒6顶端与盖板3下侧面的结合处发生泄漏。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高速高精重载永磁力矩电机液体静压转台，其特征在于，包括基座（1）、回转体（2）、盖合在基座（1）上的盖板（3）、位于盖板（3）上方并与回转体（2）固定相连的转台台面（4）以及用于驱动回转体（2）的永磁力矩电机；

基座（1）具有环形腔体（11），在环形腔体（11）的中部设有安装轴（12）；

在环形腔体（11）内设有与安装轴（12）同轴的隔离筒（6），隔离筒（6）的轴向高度大于回转体（2），由隔离筒（6）将环形腔体（11）分隔成位于隔离筒（6）与安装轴（12）之间的内环腔和位于隔离筒（6）与环形腔体（11）内侧壁之间的外环腔；

回转体（2）位于内环腔，通过中部的轴孔（21）套设在安装轴（12）上，且回转体（2）与内环腔之间具有液体静压支承结构；

永磁力矩电机位于外环腔内且环设于回转体（2）的外周侧，包括圆环形电机定子（51）和圆环形电机动子（52），电机定子（51）固定在环形腔体（11）内侧壁；

隔离筒（6）固定在回转体（2）的外周侧，电机动子（52）固定在隔离筒（6）外周侧，使永磁力矩电机对回转体（2）的驱动力臂大于回转体（2）的半径以增大对回转体（2）的驱动力矩；

液体静压支承结构具体包括：在安装轴（12）上均匀间隔的环设有若干第一静压组件（71），第一静压组件（71）与轴孔（21）内壁之间具有形成径向静压止推油膜的径向间隙；在盖板（3）下侧面呈圆环状排列设有若干第二静压组件（72），第二静压组件（72）与回转体（2）上端面之间具有形成向下静压止推油膜的上轴向间隙；在环形腔体（11）腔底呈圆环状均匀间隔排列设有若干第三静压组件（73），第三静压组件（73）与回转体（2）上端面之间具有形成向上静压止推油膜的下轴向间隙；其中，径向间隙、上轴向间隙和下轴向间隙均为0.1mm-0.05mm。

2.根据权利要求1所述高速高精重载永磁力矩电机液体静压转台，其特征在于，电机定子（51）和电机动子（52）在纵截面的正投影，均至少与回转体（2）部分重合，且永磁力矩电机的顶端不高于回转体（2）的顶端。

3.根据权利要求2所述高速高精重载永磁力矩电机液体静压转台，其特征在于，设置永磁力矩电机的质心，与回转体（2）的质心重合或位于回转体（2）的质心下方。

4.根据权利要求2所述高速高精重载永磁力矩电机液体静压转台，其特征在于，电机定子（51）和电机动子（52）在纵截面的正投影的至少4/5与回转体（2）重合，且电机定子（51）和电机动子（52）的底端向下延伸出回转体（2）的底端。

5.根据权利要求1所述高速高精重载永磁力矩电机液体静压转台，其特征在于，安装轴（12）的下端设有外径大于轴孔（21）内径的内承台（121），在环形腔体（11）腔底设有支撑环（13），在内承台（121）与支撑环（13）之间形成第一积油环槽（14），在第一积油环槽（14）槽底设有若干第一泄油口（15）。

6.根据权利要求5所述高速高精重载永磁力矩电机液体静压转台，其特征在于，支撑环（13）顶端面低于内承台（121），若干个第三静压组件均匀间隔的设置在支撑环（13）顶端面，且第三静压组件靠近回转体（2）的外圆周设置。

7.根据权利要求5所述高速高精重载永磁力矩电机液体静压转台，其特征在于，隔离筒（6）下端与支撑环（13）之间形成第二积油环槽（16），在第二积油环槽（16）槽底设有若干第二泄油口；在回转体（2）外周侧均匀间隔的设有若干过油竖槽（22），过油竖槽（22）的下端与第二积油环槽（16）相连通设置。

8.根据权利要求7所述高速高精重载永磁力矩电机液体静压转台，其特征在于，隔离筒（6）底端与环形腔体（11）腔底之间具有第一挡油结构，第一挡油结构包括：在环形腔体（11）腔底相对支撑环（13）设有纵截面为倒L形的第一挡油环部（17），以及从隔离筒（6）底端向外侧延伸设置的凸起环（61），凸起环（61）的末端延伸至第一挡油环部（17）下方。

9.根据权利要求1-8任何一项所述高速高精重载永磁力矩电机液体静压转台，其特征在于，隔离筒（6）顶端与盖板（3）之间具有第二挡油结构，第二挡油结构包括：从隔离筒（6）顶端向上延伸出纵截面为倒L形的第二挡油环部（62），以及设置在盖板（3）下侧面的挡油槽，第二挡油环部（62）延伸至挡油槽内。