专利名称：用于角位移测控的交叉圆柱滚子轴承单元的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种交叉圆柱滚子轴承，具体地说是一种用于角位移测控的交叉 圆柱滚子轴承单元。
背景技术：
众所周知，在交叉圆柱滚子轴承中，由于其圆柱滚子呈90°交叉设置在滚道内，所 以，一个该类型的轴承即可承受径向负荷、轴向负荷和翻转力矩负荷等多种负荷力，由于其 自身具有高刚性支撑、高精度旋转等优良性能，其应用范围越来越广，被广泛用于机械精加 工回转台、机械手旋转部、精密旋转工作台、手术旋转台、电子元部件焊接转台等高精密控 制设备领域，随着科学技术的发展，所需要的加工部件精度要求越来越高，虽然该类型轴承 自身传动精度上有所提高，然而仅仅在传动精度上提高依然无法满足精加工需求，如何设 计一个带有测量系统的交叉圆柱滚子轴承来实施闭环控制，即为在保证传动件工作精度的 同时，并对其实时测量监控、并反馈则是一直有待解决的难题。
实用新型内容本实用新型的目的旨在解决上述技术问题的不足，提供一种用于角位移测控的交 叉圆柱滚子轴承单元，安装灵活方便，结合高精度轴承实时测量，实现了精确控制的目的。本实用新型为解决上述技术问题，所采用的技术方案是用于角位移测控的交叉 圆柱滚子轴承单元，由动圈、静圈、交叉圆柱滚子组、磁栅尺、传感器、固定架和支承座组成， 固定架绕动圈的外壁一周设置在支承座上，在动圈的外壁一周设有磁栅尺，与磁栅尺相对 的固定架上至少设有一个传感器，传感器与磁栅尺之间的间隙为0. lmm-lmm。根据要求精度 的变化及工作场合的不同，间隙还可以放大，最大可以到10mm。所述的磁栅尺，其具有三层结构，其内层为钢质固定层，中间层为磁性材料层，外 层为金属覆盖层，所述的钢质固定层与轴承的动圈外壁表面相配合。所述的磁性材料层，具有N、S极交替设置的磁化表面。所述的传感器，其信号输出端与外部控制系统连接。所述的传感器包括一个集成的霍尔芯片及一个外壳，所述的霍尔芯片封装在外壳 内，该霍尔芯片内集成有霍尔元件及信号处理电路。本实用新型的有益效果是1、本实用新型跨越交叉圆柱滚子轴承的单纯支承、旋转理念，而形成一个全新的 带角度控制与测量的高精度回转单元，通过在轴承动圈上设置磁栅尺，并结合传感器对交 叉圆柱滚子轴承实时测量监控。2、当采用两个或两个以上的传感器分布在轴承圆周时，可有效防止由于加工力使 得轴承滚道系统产生挠度对测量产生的影响，传感器实时测量将信号传输给外部控制系 统，有效提高测量精度。3、本实用新型中所述的磁栅尺，其基体为钢质固定层，在其钢质基体上面涂敷一层的磁性材料层，在其最外层还粘结一层不锈钢覆盖条，从而对磁性表面进行保护，使得本 实用新型对环境要求不高(灰尘、铁屑和湿度都要求不敏感)、非接触的读磁方式(间隙 0. 1 Imm以上)保证了其永不磨损的长寿命其次钢制固定层直接与轴承表面相配合，安 装方便，无需辅助结构，灵活方便。4、在传感器内置加信号处理电路，有效地将传感器输入的信号处理成外部控制系 统可接受的正弦波或者矩形方波，因此该轴承为一个测量独立结构，无需外部处理装置，体 积小，便于安装使用。
图1是本实用新型的结构示意图。图中标记1、动圈，2、静圈，3、交叉圆柱滚子组，4、磁栅尺，5、传感器，6、固定架，7、 支承座。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型，用于角位移测控的交叉圆柱滚子轴承单元，包括轴承本 体和测量系统，并结合外部控制系统构成一个测控单元，所述的轴承本体为交叉圆柱滚子 轴承，其包括动圈1和静圈2，动圈1由上圈和下圈组成，且上圈和下圈通过螺栓连接，静圈 2设置在动圈1的内侧，在动圈1和静圈2之间的滚道内设有交叉圆柱滚子组3和保持架， 也可有满装滚子组配置，所述的测量系统主要由磁栅尺4和传感器5构成，磁栅尺4呈环状 设在动圈1的外径表面或内径表面，对应磁栅尺4设有传感器5，传感器5设在固定架6上 的安装孔内，固定架6通过螺栓或其它方式与支承座7连接。本实用新型，所述的动圈为轴承中与运动回转台所连接的部件，即为在工作过程 中伴随回转台做旋转运动部件；所述的静圈为轴承中与支承座所连接的部件，即为在工作 过程中相对静止的部件。本实用新型，所述的固定架其对应磁栅尺的径向位置设有传感器安装孔，安装孔 的数量根据所需传感器的数量来配置。图1为一种外置传感器的结构，根据应用的场合和要求精度的不同，可以采用单 传感器、双传感器、四个或更多传感器布置，当要求精度略低时，可采用单个传感器即可，当 设备要求高精密角位移测量时，可采用双传感器或者更多，采用双传感器器时须将其相对 设置在固定架上，可提高测量精度，当受空间限制时可采用内置传感器结构，将磁栅尺设置 在轴承内圈。本实用新型中所述的磁栅尺，其基体为钢质层，可选用不锈钢钢带，在其钢质基体 上面涂敷一层的磁性材料层，在其最外层还粘结一层金属覆盖层，从而对磁性表面进行保 护。磁栅尺的钢质基体可以与轴承的动圈外径表面配合安装，此时构成外置传感器结构；当 磁栅尺的钢质基体与轴承的动圈内径表面直接配合安装时，构成内置传感器结构，安装时 可在钢质基体上涂敷有一层高强度胶质层直接与轴承配合表面牢固粘接，保证长久使用不 脱离。本实用新型中所述的磁栅尺，其上的磁性材料层具有N、S极交替的磁化表面，且 其上的N、S极等间距分布，根据设备需要的控制精度来设置磁极对的数量，要求精度越高，
4设置磁极对的数量应越多。本实用新型，所述的传感器与磁栅尺之间的间隙为0. lmm-lmm,设备要求角位移 测量的精度越高，其间隙应越小。根据要求精度的变化及工作场合的不同，间隙还可以放 大，最大可以到10mm。本实用新型，所述的传感器包括一个高度集成的霍尔芯片及一个外壳，所述的霍 尔芯片封装在外壳内，该霍尔芯片内集成有霍尔元件及信号处理电路。所述的外壳可采用 PVC材质或锌压铸件，保护等级高达IP67，抗干扰等级符合IEC801国际标准3级。信号处理 电路主要由微分电路和积分电路构成，旋转过程中，霍尔元件感应磁通量变化而产生电压 信号，电压信号传输给信号处理电路，根据整个磁栅尺上所设置的磁极对数，经信号处理电 路计算成带有角位移的数字信号反馈给CNC，CNC便可得知其角位移的偏差量，进行修正， 重新调整设备参数，从而达到了精密角位移测量、控制的目的。由于整个环状磁栅尺上均勻设置多个磁极对，设置磁极对的数量根据所要求的精 度来确定，设备要求精度越高时，应需设置的磁极对越密，霍尔元件感应磁通量变化而产生 电压信号，根据整个磁栅尺上所设置的磁极对数，每一个信号可换算成一个确定的角位移， 以原始角位置为基准点，可经信号处理电路内累计计算成角度增量，其后反馈给控制系统。本实用新型，其工作原理为工作台在旋转过程中，轴承动圈同时同步旋转，因此 其上的磁栅尺产生磁力线，霍尔元件感应磁通量变化产生电压信号，并将电压信号传输给 信号处理电路，在其内通过转换呈角位移信号并累加，而后输入至控制系统，从而便于控制 系统识别修正量和调整参数，达到精确控制角位移的目的。本实用新型中所述的传感器可成对设置，分别相对设置在轴承的圆周，防止由于 加工力使得轴承滚道系统产生挠度，会影响到测量结果，因此采用两个或两个以上的传感 器相对安装可有效提高测量精度。本实用新型将轴承单元和测量系统呈整体结构设计，并经传感器内的信号处理电 路处理后，带有角位移的数字信号直接反馈给控制系统，因此可广泛用于量大面广的数控 机床，也可推广应用于需要精密角度位移控制和测量的其它机械或器械，如数控机床及数 控加工中心转台、坦克炮塔、雷达旋转台、手术旋转台、电子元部件焊接转台等。本实用新型采用非接触式磁性传感器，具有对环境要求不高(灰尘、铁屑和湿度 都要求不敏感)、非接触的读磁方式(间隙0. 1 Imm以上)保证了其永不磨损的长寿命； 此外通过高分辨率传感器采集磁信号(分辨率最高可以达到0. OOlmm)，并在内部处理转换 成数字信号后输入控制系统，从而实现对回转工作台角位移精度的精确控制，其角位移精 度可以达到士3"，随着磁栅尺上设置磁极对数的增加，精度甚至可达士 1.5"以上。
权利要求用于角位移测控的交叉圆柱滚子轴承单元，由动圈(1)、静圈(2)、交叉圆柱滚子组(3)、磁栅尺(4)、传感器(5)、固定架(6)和支承座(7)组成，其特征在于固定架(6)绕动圈(1)的外壁一周设置在支承座(7)上，在动圈(1)的外壁上设有磁栅尺(4)，与磁栅尺(4)相对的固定架(6)上至少设有一个的传感器(5)，传感器(5)与磁栅尺(4)之间的间隙为0.1mm 1mm。
2.如权利要求1所述的用于角位移测控的交叉圆柱滚子轴承单元，其特征在于所述 的磁栅尺(4)，其具有三层结构，其内层为钢质固定层，中间层为磁性材料层，外层为金属覆 盖层，所述的钢质固定层与轴承的动圈(1)外径表面相配合。
3.如权利要求2所述的用于角位移测控的交叉圆柱滚子轴承单元，其特征在于所述 的磁性材料层，具有N、S极交替设置的磁化表面。
4.如权利要求1所述的用于角位移测控的交叉圆柱滚子轴承单元，其特征在于所述 的传感器(5)，其信号输出端与外部控制系统连接。
5.如权利要求1所述的用于角位移测控的交叉圆柱滚子轴承单元，其特征在于所述 的传感器(5)包括一个集成的霍尔芯片及一个外壳，所述的霍尔芯片封装在外壳内，该霍 尔芯片内集成有霍尔元件及信号处理电路。
专利摘要用于角位移测控的交叉圆柱滚子轴承单元，由动圈、静圈、交叉圆柱滚子组、磁栅尺、传感器、固定架和支承座组成，固定架绕动圈的外壁一周设置在支承座上，在动圈的外壁上设有磁栅尺，与磁栅尺相对的支承座上至少设有一个传感器，传感器与磁栅尺之间的间隙为0.1mm-1mm。本实用新型跨越交叉圆柱滚子轴承的单纯支承、旋转理念，而形成一个全新的带角度控制与测量的高精度回转单元，通过在轴承动圈上设置磁栅尺，并结合传感器对交叉圆柱滚子轴承实时测量监控。
文档编号G01B7/30GK201747778SQ20102016865
公开日2011年2月16日 申请日期2010年3月12日 优先权日2010年3月12日
发明者李培培, 梅建洛, 王迪, 陈绍刚 申请人:洛阳世必爱特种轴承有限公司