基于三点支承结构的重载卧车静压头架主轴顶尖调整方法与流程

本发明涉及大型重载卧式车床的调整技术，尤其涉及基于三点支承结构的重载卧车静压头架主轴顶尖调整方法。

背景技术：

大型重载卧式车床简称重载卧车，是重要战略装备，如超临界核电重型转子以及大型舰艇的舵轴均是由重载卧车加工而成。静压主轴是数控重载卧车的核心功能部件，其性能直接影响加工质量、精度和效率。

重载卧车在加工轴类工件时，工件的重量范围变化很大，小的工件约几吨重，大的工件往往几十吨重甚至达250吨重。由于工件重量差别很大，导致装夹工件后静压主轴顶尖处的挠度变形差别很大。静压主轴顶尖处的变形将导致卧车加工轴类零件同轴度的变化，进而显著影响轴类工件的加工精度。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改动小、成本低、调整准确、效率高的基于三点支承结构的重载卧车静压头架主轴顶尖调整方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于三点支承结构的重载卧车静压头架主轴顶尖调整方法，由前静压轴承、后静压轴承和静压托对静压头架主轴形成三点支承结构，前静压轴承位于后静压轴承和静压托之间，头架主轴质量分布为q、工件及花盘总重量对顶尖产生的作用力为F，根据静力平衡方程和变形协调方程计算三点支承结构各支点的支反力，再计算头架顶尖处的挠度f，设定头架顶尖处的挠度允许范围为±f₀，以支点处的供液流量为调整变量对三点支承处的支反力进行调整，进而实现对顶尖处的挠度f进行调整，使得|f|≤f₀。

计算头架顶尖处的挠度f时按以下步骤进行：

S1：设前静压轴承的支反力为F3，后静压轴承的支反力为F1，静压托的支反力为F2；

S2：列出静力平衡方程：

F1+F2+F3＝F+q(l+a)；

S3：列出变形协调方程：在前静压轴承的支反力F3处，各外力产生的挠度之和等于前轴承偏位移e3，

其中，

S4：联历步骤S2中的静力平衡方程和步骤S3中的变形协调方程，求出支反力F3；

S5：在求出的支反力F3基础上，进一步求头架顶尖处的的挠度f：

f＝f_F'+f_q1'+f_q2'+f_F3'，

其中，

在调整三点支承处的支点处支反力时，对静压托供油的油泵的每分钟供油量进行调整。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的基于三点支承结构的重载卧车静压头架主轴顶尖调整方法，以工件重量的大小为核心变量，对三点支承的支反力进行主动调整，从而减少或抵消工件重量变化引起的静压头架主轴挠度变形，使静压头架主轴的顶尖位置保持基本不变，显著提高前后顶尖的等高性，减少或削除卧车加工轴类零件时的同轴度变化，提高轴类工件的加工精度；为实现该方法在传统液压供油系统基础上的改动很小，增加成本少，结构简单；避免了单纯依靠经验数据进行人工调整的不确定性，显著降低了劳动强度，提高了机床调整效率。在调整三点支承处的支点处支反力时，对静压托供油的油泵的每分钟供油量进行调整，由于静压托为主受力点，其油腔压力和油膜厚度对每分钟供油量变化的响应速度最快，调整效率最高。

附图说明

图1是三点支承结构重载卧车静压头架主轴的结构示意图。

图2是三点支承结构力学模型图。

图3是本发明的调整方法流程图。

图中各标号表示：

1、前静压轴承；2、后静压轴承；3、静压托；4、头架主轴。

具体实施方式

图1至图3示出了本发明的基于三点支承结构的重载卧车静压头架主轴顶尖调整方法实施例，该方法是由前静压轴承1、后静压轴承2和静压托3对静压头架主轴4形成三点支承结构，前静压轴承1位于后静压轴承2和静压托3之间，头架主轴4质量分布为q、工件及花盘总重量对顶尖产生的作用力为F，根据静力平衡方程和变形协调方程计算三点支承结构各支点的支反力，再计算头架顶尖处的挠度f，设定头架顶尖处的挠度允许范围为±f₀，以支点处的供液流量为调整变量对三点支承处的支反力进行调整，进而实现对顶尖处的挠度f进行调整，使得|f|≤f₀。本发明的基于三点支承结构的重载卧车静压头架主轴顶尖调整方法，以工件重量的大小为核心变量，对三点支承的支反力进行主动调整，从而减少或抵消工件重量变化引起的静压头架主轴挠度变形，使静压头架主轴的顶尖位置保持基本不变，显著提高前后顶尖的等高性，减少或削除卧车加工轴类零件时的同轴度变化，提高轴类工件的加工精度；为实现该方法在传统液压供油系统基础上的改动很小，增加成本少，结构简单；避免了单纯依靠经验数据进行人工调整的不确定性，显著降低了劳动强度，提高了机床调整效率。

计算头架顶尖处的挠度f时按以下步骤进行：

S1：设前静压轴承的支反力为F3，后静压轴承的支反力为F1，静压托的支反力为F2；

S2：列出静力平衡方程：

F1+F2+F3＝F+q(l+a)；

S3：列出变形协调方程：在前静压轴承的支反力F3处，各外力产生的挠度之和等于前轴承偏位移e3，

其中，

S4：联历步骤S2中的静力平衡方程和步骤S3中的变形协调方程，求出支反力F3；

S5：在求出的支反力F3基础上，进一步求头架顶尖处的的挠度f：

f＝f_F'+f_q1'+f_q2'+f_F3'，

其中，

在本实施例中，对调整三点支承处的支点处支反力时，调整静压托供油的油泵的每分钟供油量，由于静压托为主受力点，其油腔压力和油膜厚度对每分钟供油量变化的响应速度最快，调整效率最高。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。