CN101482159B - 一种重力平衡装置 - Google Patents
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Abstract
本发明介绍了一种重力平衡装置，其支架(1)上连接件(4)的上方有第一气缸(2)，下方有主轴箱(3)。第一气缸(2)接有第二气缸(21)并配有第一气阀(24)和第二气阀(214)。连接件(4)一端与主轴箱(3)之间接有第一减速机构(31)，另一端与主轴箱(3)之间接有第二减速机构(32)。该二减速机构分别通过可在其上往复自由滑动的滑块(33)装置在支架(1)上。本装置，1)、可将重力部件的高速上下运动转换为连接件的低速运动；2)、使两气缸始终保持压力差从而对高速上下运动的部件进行重力平衡；3)、同步性好、结构简单，易于实施。
Description
技术领域
本发明属于机械加工技术领域，尤其涉及一种对机床上高速上下运动的部件进行重力平衡的装置。
背景技术
众所周知，机械加工时，机床上上下移动的部件都伴随有一定的重力。而多数的机床采用滚珠丝杠传动，或者采用直线电机驱动，由于它们无自锁功能，当控制系统失电时，上下运动的部件会因重力而下滑，很容易造成事故。因此，如果不对这些部件进行重力平衡处理，就会直接影响它们运动的平稳性，进而影响到机床加工的精度。目前，较常用的重力平衡处理办法是采用平衡块进行配重平衡，也有采用液压平衡或气压平衡的。但采用平衡块进行配重平衡的这种机械平衡显然占用的空间较大，平衡块的增加也会增大机床的整体重量。又由于上述上下运动的部件与平衡块之间的连接采用的是非刚性连接，故运行时平衡块所产生的惯性冲击亦同样影响机床的精度，而且还使得运动部件的速度和加速度受到其限制；而液压平衡的响应速度较低，不能同步地平衡高速运动部件，且平衡精度较低；如果采用气压平衡，这种方法倒是可以使平衡的运动部件达到较高的速度，但却仍然不能保持同步性与稳定性，且使得机床的整体体积变大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有高速运动部件的重力平衡技术的不足，提出一种可用于高速运转的机床的重力平衡装置。这种装置特别适用于直线电机或滚珠丝杠驱动的高速运行的部件的平衡，该装置占用空间小，同步性好，容易实施。
本发明的技术解决方案是，所述重力平衡装置，采用两个反向安装的平衡气缸对高速上下运动的部件进行同步平衡。下面结合附图所示加以详细说明。
本发明的一种重力平衡装置，参见图1，具有支架1，支架1上布置有一横梁状连接件4。所述连接件4的上方一侧接有第一气缸2，连接件4与第一气缸2的缸体底座相接，该第一气缸2的活塞杆22外端安装在支架1上沿；连接件4下方的支架1上设有一主轴箱3。其技术特点在于，所述连接在横梁状连接件4上方一侧的第一气缸2还连接有一第二气缸21。该第二气缸21的活塞的截面积等同第一气缸2的活塞的截面积；第二气缸21的活塞杆的截面积亦等同第一气缸2的活塞杆的截面积。第二气缸21的缸体底座安装在支架1上沿。所述第二气缸21与第一气缸2之间由第二管道211和第三管道212管通连接。其中，第二管道211管接所述第二气缸21的有杆腔一端与第一气缸2的无杆腔一端；第三管道212管接第二气缸21的无杆腔一端与第一气缸2的有杆腔一端。由于气缸工作过程中有气体泄漏，为给气缸补充气体，上述二气缸还配置有至少二个气阀即第一气阀24和第二气阀214。其中，所述第一气阀24通过第一管道23管接第一气缸2的无杆腔一端或第二气缸21的有杆腔一端；所述第二气阀214通过第四管道213管接第二气缸21的无杆腔一端或第一气缸2的有杆腔一端。
所述连接件4下方的支架1上设置的主轴箱3与横梁状连接件4的两端连接，其中一端与主轴箱3之间接有第一减速机构31，另一端与主轴箱3之间接有第二减速机构32。所述第一减速机构31的第一低速齿条导轨311与连接件4垂直固接；第一减速机构31的第一高速齿条导轨313与主轴箱3固接。第一低速齿条导轨311通过第一齿轮312与第一高速齿条导轨313啮合传动连接；所述第二减速机构32的第二低速齿条导轨321与连接件4垂直固接；第二减速机构32的第二高速齿条导轨323与主轴箱3固接。第二低速齿条导轨321通过第二齿轮322与第二高速齿条导轨323啮合传动连接。上述第一减速机构31与第二减速机构32分别通过可在相应的减速机构上往复自由滑动的滑块33如图1所示装置在支架1上。
本发明的工作原理是：上述第二气缸21的无杆腔一端内的气体通过第三管道212与第一气缸2的有杆腔一端内的气体相通，总容积为V1，压强为P1；第二气缸21的有杆腔一端内的气体通过第二管道211与第一气缸2的无杆腔一端内的气体相通，总容积为V2，压强为P2，P1小于P2。第二气缸21与第一气缸2的无杆腔活塞截面积为S1，有杆腔活塞截面积为S2，S1大于S2。当主轴箱3上下高速运动时，经过第一减速机构31和第二减速机构32的减速处理，连接件4低速同步地驱动第一气缸2的缸体底座低速运动。由于第一气缸2与第二气缸21的气体相互流通，第一气缸2的有杆腔一端内的气体与第二气缸21的无杆腔一端内的气体的总容积V1基本保持不变，第一气缸2的无杆腔一端内的气体与第二气缸21的有杆腔一端内的气体的总容积V2也基本保持不变。则压强P1和压强P2的大小基本保持不变。根据：
第一气缸2平衡公式：
向上的平衡力F＝(气缸压强P2×无杆腔活塞截面积S1-气缸压强P1×有杆腔活塞截面积S2)
第二气缸21平衡公式：
气缸压强P1×无杆腔活塞截面积S1＝气缸压强P1×有杆腔活塞截面积S2
即可得出这样的结论：平衡力基本保持不变。
由此进而得出结论：本发明可以使高速上下运动的部件所产生的重力获得平衡。
本发明的有益效果是：
1)、可将重力部件的高速上下运动转换为连接件的低速运动；
2)、使活塞面积与活塞杆截面积分别相同的两个气缸始终保持一定的压力差，从而可获得对高速上下运动的部件进行重力平衡的效果；
3)、同步性好，且结构简单，易于实施。
附图说明
图1是本发明一个具体实施例的结构示意图，图中标示为：
1-支架，
2-第一气缸，
21-第二气缸，
211-第二管道，
212-第三管道，
213-第四管道，
214-第二气阀，
22-活塞杆，
23-第一管道，
24-第一气阀，
3-主轴箱，
31-第一减速机构，
311-第一低速齿条导轨，
312-第一齿轮，
313一第一高速齿条导轨，
32-第二减速机构，
321-第二低速齿条导轨，
322-第二齿轮，
323-第二高速齿条导轨，
33-滑块，
34-高速驱动器，
4-连接件。
具体实施方式：
参见附图1，本发明该实施例的一种重力平衡装置，采用铸铁材料铸制成H形状的支架1。连接件4取材刚性良好的型钢呈横梁状安装于支架1的中央。连接件4的一侧固接第一气缸2，连接件4与第一气缸2的缸体底座相接。第一气缸2左侧管接第二气缸21。第二气缸21与第一气缸2的规格相同，故二者的活塞的截面积相同，二者的活塞杆的截面积也相同，且二者平行反向安装。第二气缸21的缸体底座直接固接在支架1上；第一气缸2的活塞杆22外端安装在支架1的上沿。第二气缸21的无杆腔与第一气缸2的有杆腔之间由塑制第三管道212管通连接。第二气缸21的有杆腔与第一气缸2的无杆腔之间由塑制第二管道211管接。第二气阀214与第一气阀24采用市售普通单向阀，其中第二气阀214通过塑制第四管道213管接第二气缸21的无杆腔。第一气阀24通过塑制第四管道223管接第一气缸2的无杆腔。该第二气阀214与第一气阀24均可方便地接入外设气压系统以补充因泄漏而减少的气体。
主轴箱3由与其连接的第一减速机构31与第二减速机构32分别通过可在相应的减速机构上往复自由滑动的钢质滑块33如图1所示装置在连接件4下方的支架1上。第一减速机构31和第二减速机构32分别安装在主轴箱3的两侧。第一减速机构31的第一低速齿条导轨311与连接件4垂直固接，第一高速齿条导轨313与主轴箱3固接，第一低速齿条导轨311与第一高速齿条导轨313之间用第一齿轮312啮合传动连接；第二减速机构32的第二低速齿条导轨321与连接件4垂直固接，第二高速齿条导轨323与主轴箱3固接，第二低速齿条导轨321与第二高速齿条导轨323之间用第二齿轮322啮合传动连接。各齿条导轨分别在滑块33上滑动。主轴箱3的高速驱动器34采用市售直线电机或高速滚珠丝杠。
由此构成的本实施例的重力平衡装置的工作过程为，高速驱动器34驱动主轴箱3高速向下/上往复运动，带动第一高速齿条导轨313和第二高速齿条导轨323在滑块33上高速向下/上往复运动，经过第一减速机构31和第二减速机构32减速，使连接件4同步驱动第一气缸2中的缸体底座低速向上/下往复运动。第一气缸2的有杆腔/无杆腔部分空间变大，则第一气缸2中的无杆腔/有杆腔部分气体压入第二气缸21中的有杆腔/无杆腔部分空间。由于两活塞相通部分的气体容积基本上不变，活塞所受的压强P1、P2基本不变，根据上述公式故可同步平衡上下运动的部件。
本发明的这种重力平衡装置经试制试用被证明效果显著，完全达到设计要求，且结构简单、容易实施。
Claims (1)
1.一种重力平衡装置，具有支架(1)，支架(1)上布置有一横梁状连接件(4)，所述连接件(4)的上方一侧接有第一气缸(2)，连接件(4)与第一气缸(2)的缸体底座相接，该第一气缸(2)的活塞杆(22)外端安装在支架(1)上沿；连接件(4)下方的支架(1)上设有一主轴箱(3)，其特征在于，所述第一气缸(2)还连接有一第二气缸(21)，该第二气缸(21)的活塞的截面积等同第一气缸(2)的活塞的截面积；第二气缸(21)的活塞杆的截面积亦等同第一气缸(2)的活塞杆的截面积，第二气缸(21)的缸体底座安装在支架(1)上沿，所述第二气缸(21)与第一气缸(2)之间由第二管道(211)和第三管道(212)管通连接，其中，第二管道(211)管接所述第二气缸(21)的有杆腔一端与第一气缸(2)的无杆腔一端；第三管道(212)管接第二气缸(21)的无杆腔一端与第一气缸(2)的有杆腔一端，上述二气缸还配置有第一气阀(24)和第二气阀(214)，其中，所述第一气阀(24)通过第一管道(23)管接第一气缸(2)的无杆腔一端或第二气缸(21)的有杆腔一端；所述第二气阀(214)通过第四管道(213)管接第二气缸(21)的无杆腔一端或第一气缸(2)的有杆腔一端，所述连接件(4)的一端与主轴箱(3)之间接有第一减速机构(31)，另一端与主轴箱(3)之间接有第二减速机构(32)，所述第一减速机构(31)的第一低速齿条导轨(311)与连接件(4)垂直固接；第一高速齿条导轨(313)与主轴箱(3)固接，第一低速齿条导轨(311)通过第一齿轮(312)与第一高速齿条导轨(313)啮合传动连接；所述第二减速机构(32)的第二低速齿条导轨(321)与连接件(4)垂直固接；第二高速齿条导轨(323)与主轴箱(3)固接，第二低速齿条导轨(321)通过第二齿轮(322)与第二高速齿条导轨(323)啮合传动连接，上述第一减速机构(31)与第二减速机构(32)分别通过可在相应的减速机构上往复自由滑动的滑块(33)装置在支架(1)上。
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