[发明专利]用于精确定心的流体轴承工件夹具

说明书

技术领域

本发明总的涉及一种机床，且更具体地涉及一种由流体轴承制成的工件夹具。

背景技术

一些常规的工件夹具，诸如车床卡盘，使用卡爪夹住工件的表面。在卡爪和夹持表面之间的接触面中经常会有误差，导致精确度降低。此外，很难移除工件以进行其它类型的操作并然后将其以该相同的中心线重新安装到初始的工件夹具上。除了机械接触问题，也可能由于卡盘的心轴轴承本身的不精确性引起误差运动(error motion)。

已知各种流体静力工件夹具，诸如美国专利第5,516,243中揭示的，它具有容纳流体的一个或多个腔室，该流体受压时使相对薄的金属套管收缩以接合并牢固地保持和定位容纳在套管里的工具柄部。尽管该流体静力工具保持架在使用时是有效且可靠的，但固体套管在使用时流体的压力下在其弹性极限内仅收缩很小的量。美国专利第6,015,154号描述了一种液压工件夹具，它具有可在施加到套管上相对低的流体压力下显著移位以牢固地保持相邻于套管地接纳的工件。

包括流体动力轴承和流体静力轴承的流体轴承是在薄层液体或气体上支承负载的轴承。它们经常用在常规滚珠轴承具有较短寿命或高噪声和振动的高负载、高速或高精度应用场合中。人们也越来越多地使用它们以降低成本。例如，硬盘驱动电动机流体轴承比它们所替代的滚珠轴承要安静且廉价。

流体轴承在轴承面之间使用一薄层液体或气体流体，轴承面通常围绕或在旋转轴下被密封。有两种主要方法使流体进入轴承。在气体轴承和流体静力轴承中，流体通过小孔或通过多孔材料抽入。在流体动力轴承中，轴承旋转将流体掠入轴承，在轴下或围绕轴形成润滑楔。

流体静力轴承要求外部加压流体源来保持流体分离。液体动力轴承内轴承表面之间的相对运动引起完全在流体膜内产生的很薄的成分(sheer element)以使轴承表面之间不发生接触。流体静力轴承通常用于提供均匀的负载分布。

已知相对于支承表面承载被支撑承表面的流体静力轴承在两轴承表面之间有间隙。通常，这种轴承是两种通用类型中的一种或另一种。这些通用类型中的第一种设计成用在再循环流体系统中。已知流体静力轴承中的另一种通用类型采用与轴承的被支承表面和支承表面都接触的一个或多个密封件以容纳液压流体。

典型的再循环流体系统，如与流体静力轴承关联的系统，包括使液压流体流动通过两表面(即，支承表面和被支承表面)之间空隙的泵。该泵提供对用于使被支承表面相对于支承表面漂浮的足够压力，使得两个表面彼此都不接触。液压流体逸出通过两个不接触表面之间空隙的周界，并被收集和返回到泵以进行再循环。再循环流体系统通常被认为对于相对低压(例如，3000p.s.i.数量级以下)的液压轴承系统相当足够，但由于同时使液压流体再循环和将其保持在非常高的压力水平将需要额外的能量要求，所以再循环流体系统不适用于以非常高的压力工作。

在采用一个或多个密封件来接触轴承的被支承表面和支承表面两者的流体静力轴承情况下，使用这种密封件来避免液压流体越过两表面之间的空隙的周界而泄漏，同时由泵维持流体内的压力来使被支承表面可相对于支承表面漂浮。一般通过使用这种设置来寻求实现较高的压力能力，当然较高的压力能力允许轴承使用相对小的表面面积来处理相对大的负载。

在流体动力轴承中，润滑流体或气体在例如壳体的静止件和毂的旋转件之间提供轴承表面。施加的负载由流体内产生的压力承载，且对运动的摩擦阻力完全从粘性流体的剪切中产生。典型的润滑剂包括油或铁磁流体。与轴承表面仅包括一系列点的流体动力轴承相比，滚珠轴承组件在更大表面面积上展开轴承表面。因为增加的轴承表面降低旋转和固定件之间的摇摆或跳动，所以这是所希望的。流体动力轴承依赖轴承运动以将液体掠入轴承。流体由于粘性剪切而内部受压。流体动力轴承在低速或启停期间可能会具有高摩擦和短的寿命。因此可使用第二轴承进行启动和停机以防止对流体动力轴承的损坏。第二轴承可具有高摩擦和短的工作寿命，但是如果轴承启停不频繁可具有良好的总使用寿命。

很多现有流体动力轴承设计是轴颈和推力轴承的结合。通常，这些设计包括在其端部具有推力板的轴颈轴承设计，或者在或靠近轴的任一端包括圆锥轴承的双圆锥轴承设计。圆锥轴承通常包括在每个圆锥体上的开槽表面；推力板轴承通常包括两个开槽表面，由推力板和套管以及由推力板和面对板限定的每个间隙面对有一个。