CN101585143A - 超精密电液伺服控制静压直线导轨 - Google Patents
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Abstract
一种超精密电液伺服控制静压直线导轨，包括有床身和用于放置工件的滑座，滑座的底面固定设置有滑块，滑块内形成有开口向下的凹槽；而床身上与所述的滑块的凹槽相对应的固定设置有能够嵌入到滑块的凹槽内的导轨；滑块的凹槽的内周壁上开有多个在与导轨结合后起润滑和承载作用的压力油腔，多个压力油腔通过油路与供油系统连通，每一个压力油腔的两侧都分别开设有回油槽，每一个回油槽都与回油箱连通。每一条向压力油腔供油的油路上均设置一个节流阀。滑块的凹槽的内周壁上开有个通过设置在油路上的节流阀与供油系统连通的压力油腔。本发明可以在不采用电液伺服控制的情况下获得大量应用，对少量要求超高精度的应用，可以通过使用电液伺服控制来实现。
Description
技术领域
本发明属于一种静压直线导轨，特别是涉及一种摩擦系数小，驱动力小速度高，同时具有较高的吸振能力，可减小机床的冲击振动的超精密电液伺服控制静压直线导轨。
背景技术
在大型精密机床上常采用静压导轨，当采用静压导轨时，机床的运动部件被油压浮起，导轨的运动部分和静止部分之间有0.01～0.04mm厚度的油膜，消除了动静导轨之间的干摩擦，所以形成纯液体摩擦阻力，摩擦系数仅为0.0005，而金属对金属的摩擦系数达0.1以上，从而采用静压导轨可以使导轨的摩擦力降低到1/1000，大大降低了驱动功率，极大地提高传动效率，消除了爬行；传统静压导轨的另一优点是在正常使用下，由于没有金属对金属的直接摩擦，其导轨的使用寿命是无限的。但在应用中，传统静压导轨存在以下主要缺点：
1.需要有一个可靠供油系统，因而消耗动力，使用成本高。
2.静压导轨供油系统的液压油在压力循环中发热，需要配置冷却器。
3.传统静压导轨的油路系统部分为开式，因而容易发生漏损而污染环境，使用时油也常被污染而造成导轨磨损。
4.当发生偏载时，传统静压导轨的抗偏载刚度较低。
5.到目前为止，静压导轨的应用还处在谁使用谁设计谁制造的阶段，没有像滚珠丝杠和直线滚动导轨一样由专业厂大批量标准化生产，既保证了良好的质量，又具有价格优势。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种摩擦系数小，驱动力小速度高，同时具有较高的吸振能力，可减小机床的冲击振动的超精密电液伺服控制静压直线导轨。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种超精密电液伺服控制静压直线导轨，包括有床身和用于放置工件的滑座，所述的滑座的底面固定设置有滑块，所述的滑块内形成有开口向下的凹槽；而所述的床身上与所述的滑块的凹槽相对应的固定设置有能够嵌入到滑块的凹槽内的导轨；所述的滑块的凹槽的内周壁上开有多个在与导轨结合后起润滑和承载作用的压力油腔，所述的多个压力油腔通过油路与供油系统连通，所述的每一个压力油腔的两侧都分别开设有回油槽，所述的每一个回油槽都与回油箱连通。
所述的每一条向压力油腔供油的油路上均设置一个节流阀。
所述的滑块的凹槽的内周壁上开有个通过设置在油路上的节流阀与供油系统连通的压力油腔。
所述的每一个压力油腔对油的节流阻力与设置于该压力油腔的油路上的节流阀的阻力相等。
一种超精密电液伺服控制静压直线导轨，包括有床身和用于放置工件的滑座，其特征是：所述的滑座的底面固定设置有滑块，所述的滑块内形成有开口向下的凹槽；而所述的床身上与所述的滑块的凹槽相对应的固定设置有能够嵌入到滑块的凹槽内的导轨；所述的滑块的凹槽的内周壁上开有在与导轨结合后起润滑和承载作用的第一至第四压力油腔，所述的第一至第四压力油腔通过油路和设置在油路上的电压伺服机构与供油系统连通。
所述的电液伺服机构包括有：通过油路分别与供油系统、形成在滑块内的第一至第四压力油腔对应连通的第一至第四电液比例节流阀，还有设置在滑块的临近导轨的基面处的第一至第四电容位移传感器，其中，所述的第一电容位移传感器依次通过第一放大器、第一比较器和第二放大器与第一电液比例节流阀连接，所述的第一比较器还接收从控制系统过来的已设定的用于与第一电容位移传感器所传信号进行比较的指令信号；同样，所述的第二电容位移传感器依次通过第三放大器、第二比较器、第四放大器与第二电液比例节流阀连接，所述的第二比较器还接收从控制系统过来的已设定的用于与第二电容位移传感器所传信号进行比较的指令信号；所述的第三电容位移传感器依次通过第五放大器、第三比较器、第六放大器与第三电液比例节流阀连接，所述的第三比较器还接收从控制系统过来的已设定的用于与第三电容位移传感器所传信号进行比较的指令信号；所述的第四电容位移传感器依次通过第七放大器、第四比较器、第八放大器与第四电液比例节流阀连接，所述的第四比较器还接收从控制系统过来的已设定的用于与第四电容位移传感器所传信号进行比较的指令信号。
本发明具有的优点和积极效果是：本发明的超精密电液伺服控制静压直线导轨有如下优点：
1.便于专业化规模生产，因而性能稳定，制造成本较低。
2.与直线滚动导轨相比，具有更小的摩擦系数，可达到更高速度，更小的驱动力，同时具有较高的吸振能力，可减小机床的冲击振动。
3.本发明的超精密电液伺服控制静压直线导轨，可以通过增加电液比例节流阀控制，增加高分辨率电容位移传感器作为反馈测量元件组成闭环控制系统，从而实现更高的导轨运动精度，当电容位移传感器的分辨率达到1nm时，导轨的运动精度可达到10nm。在这种闭环控制的导轨中，可以选择一个敏感方向配置电液伺服闭环控制，如垂直方向。也可对垂直和水平方向同时增加电液伺服控制，这取决于实际需要和成本。
综上所述，本发明的静压直线导轨可以在不采用电液伺服控制的情况下获得大量应用，对少量要求超高精度的应用，可以通过使用电液伺服控制来实现，这是普通静压导轨和直线滚动导轨无法实现的。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的导轨与滑块结合的结构示意图；
图3是本发明的静压直线导轨不采用电液伺服控制时与供油系统连接的结构示意图；
图4是本发明的静压直线导轨结构与供油系统连接的第二实施例的结构示意图。
图中的标号分别是：
1-油箱；2-吸油滤油器；3-电机；4-油泵；5-压力表；6-溢流阀；7-粗滤油器；8-精滤油器；9-单向阀；10-蓄能器；11-回油箱；12-回油槽；13、14、15、16-节流阀；17、18、19、20-压力油腔；21-滑块；22-导轨；23-滑座；24-工件；25-床身；26-凹槽；27-第一比例节流阀；28-第二比例节流阀；29-第三比例节流阀；30-第四比例节流阀；31-第一电容位移传感器；32-第二电容位移传感器；33-第三电容位移传感器；34-第四电容位移传感器；35-第一放大器；36-第一比较器；37-充二放大器；38-第三放大器；39-第二比较器；40-第四放大器；41-第五放大器；42-第三比较器；43-第六放大器；44-第七放大器；45-第四比较器；46-第八放大器。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明本发明的超精密电液伺服控制静压直线导轨如下：
如图1、图2、图3所示，本发明的超精密电液伺服控制静压直线导轨，包括有床身25和用于放置工件24的滑座23，所述的滑座23的底面固定设置有滑块21，所述的滑块21内形成有开口向下的凹槽26；而所述的床身25上与所述的滑块21的凹槽26相对应的固定设置有能够嵌入到滑块21的凹槽26内的导轨22；所述的滑块21的凹槽26的内周壁上开有多个在与导轨22结合后起润滑和承载作用的压力油腔，17、18、19、20，所述的多个压力油腔17、18、19、20通过油路与供油系统连通，所述的每一个压力油腔17、18、19、20的两侧都分别开设有回油槽12，所述的每一个回油槽12都与回油箱11连通。
所述的每一条向压力油腔17、18、19、20供油的油路上均设置一个节流阀13、14、15、16。
所述的滑块21的凹槽26的内周壁上开有4个通过设置在油路上的节流阀13、14、15、16与供油系统连通的压力油腔17、18、19、20。
所述的每一个压力油腔17、18、19、20对油的节流阻力与设置于该压力油腔17、18、19、20的油路上的节流阀13、14、15、16的阻力相等。
本发明的超精密电液伺服控制静压直线导轨，供油系统提供的压力油经四个小孔节流器分别进入4个压力油腔，4个压力油腔与导轨的四个导向面之间有0.015mm间隙，压力油腔内的压力油通过0.015间隙流到回油槽12，集到一起流到回油箱，所述的回油箱可以采用供油系统的油箱，或采用与供油系统的油箱连通的专用回油箱。在结构设计时，将4个压力油腔对油的节流阻力设计为与4个节流阀的节流小孔阻力相等，这样4个压力油腔的压力将为供油压力的50％。当滑块上的垂直负荷增加时，滑块的高度将下降一微小距离，这时压力油腔17和19的流出间隙减小，其腔中的压力将增加，而压力油腔18和20的流出间隙将增加，其腔中的压力将降低，从而产生一与负荷相反的支撑力，当这个反力与负荷增加量相等时，滑块便停止垂直移动而稳定在一个新的位置上。当滑块承受一水平外力时，如图3所示F的方向，滑块的压力油腔19和20的油流出缝隙变小，因而压力升高，而滑块的压力油腔17和18油流出缝隙变大，其压力降低，从而形成一与外力相平衡的反作用力，滑块停在一个新的位置上。无论是垂直外力还是水平外力，滑块只需要产生一很小的位移(0.001～0.005mm)就可在新的位置稳定下来，这一位移量与机床精度允差相比是很小的，所以这种静压直线导轨的精度是很高的。
如图1、图2、图4所示，本发明的超精密电液伺服控制静压直线导轨，还可以是包括有床身25和用于放置工件24的滑座23，所述的滑座23的底面固定设置有滑块21，所述的滑块21内形成有开口向下的凹槽26；而所述的床身25上与所述的滑块21的凹槽26相对应的固定设置有能够嵌入到滑块21的凹槽26内的导轨22；所述的滑块21的凹槽26的内周壁上开有多个在与导轨22结合后起润滑和承载作用的压力油腔17、18、19、20，所述的多个压力油腔17、18、19、20通过油路和设置在油路上的电压伺服机构与供油系统连通。
所述的电液伺服机构包括有：通过油路分别与供油系统、形成在滑块21内的第一至第四压力油腔17、18、19、20对应连通的第一至第四电液比例节流阀27、28、29、30，还有设置在滑块21的临近导轨22的基面处的第一至第四电容位移传感器31、32、33、34，其中，所述的第一电容位移传感器31依次通过第一放大器35、第一比较器36和第二放大器37与第一电液比例节流阀27连接，所述的第一比较器36还接收从控制系统A过来的已设定的用于与第一电容位移传感器31所传信号进行比较的指令信号；同样，所述的第二电容位移传感器32依次通过第三放大器38、第二比较器39、第四放大器40与第二电液比例节流阀28连接，所述的第二比较器39还接收从控制系统A过来的已设定的用于与第二电容位移传感器32所传信号进行比较的指令信号；所述的第三电容位移传感器33依次通过第五放大器41、第三比较器42、第六放大器43与第三电液比例节流阀29连接，所述的第三比较器42还接收从控制系统A过来的已设定的用于与第三电容位移传感器33所传信号进行比较的指令信号；所述的第四电容位移传感器34依次通过第七放大器44、第四比较器45、第八放大器46与第四电液比例节流阀30连接，所述的第四比较器45还接收从控制系统A过来的已设定的用于与第四电容位移传感器34所传信号进行比较的指令信号。
图4所示的本发明的超精密电液伺服控制静压直线导轨，通过增加电液伺服控制，增加高分辨率电容位移传感器作为反馈测量元件组成闭环控制系统，从而实现更高的导轨运动精度，当电容位移传感器的分辨率达到1nm时，导轨的运动精度可达到10nm。在这种闭环控制的导轨中，可以选择一个敏感方向配置电液伺服闭环控制，如垂直方向。也可对垂直和水平方向同时增加电液伺服控制。
Claims (6)
1.一种超精密电液伺服控制静压直线导轨，包括有床身(25)和用于放置工件(24)的滑座(23)，其特征是：所述的滑座(23)的底面固定设置有滑块(21)，所述的滑块(21)内形成有开口向下的凹槽(26)；而所述的床身(25)上与所述的滑块(21)的凹槽(26)相对应的固定设置有能够嵌入到滑块(21)的凹槽(26)内的导轨(22)；所述的滑块(21)的凹槽(26)的内周壁上开有多个在与导轨(22)结合后起润滑和承载作用的压力油腔(17、18、19、20)，所述的多个压力油腔(17、18、19、20)通过油路与供油系统连通，所述的每一个压力油腔(17、18、19、20)的两侧都分别开设有回油槽(12)，所述的每一个回油槽(12)都与回油箱(11)连通。
2.根据权利要求1所述的超精密电液伺服控制静压直线导轨，其特征是：所述的每一条向压力油腔(17、18、19、20)供油的油路上均设置一个节流阀(13、14、15、16)。
3.根据权利要求1所述的超精密电液伺服控制静压直线导轨，其特征是：所述的滑块(21)的凹槽(26)的内周壁上开有4个通过设置在油路上的节流阀(13、14、15、16)与供油系统连通的压力油腔(17、18、19、20)。
4.根据权利要求1所述的超精密电液伺服控制静压直线导轨，其特征是：所述的每一个压力油腔(17、18、19、20)对油的节流阻力与设置于该压力油腔(17、18、19、20)的油路上的节流阀(13、14、15、16)的阻力相等。
5.一种超精密电液伺服控制静压直线导轨，包括有床身(25)和用于放置工件(24)的滑座(23)，其特征是：所述的滑座(23)的底面固定设置有滑块(21)，所述的滑块(21)内形成有开口向下的凹槽(26)；而所述的床身(25)上与所述的滑块(21)的凹槽(26)相对应的固定设置有能够嵌入到滑块(21)的凹槽(26)内的导轨(22)；所述的滑块(21)的凹槽(26)的内周壁上开有在与导轨(22)结合后起润滑和承载作用的第一至第四压力油腔(17、18、19、20)，所述的第一至第四压力油腔(17、18、19、20)通过油路和设置在油路上的电压伺服机构与供油系统连通。
6.根据权利要求5所述的超精密电液伺服控制静压直线导轨，其特征是：所述的电液伺服机构包括有：通过油路分别与供油系统、形成在滑块(21)内的第一至第四压力油腔(17、18、19、20)对应连通的第一至第四电液比例节流阀(27、28、29、30)，还有设置在滑块(21)的临近导轨(22)的基面处的第一至第四电容位移传感器(31、32、33、34)，其中，所述的第一电容位移传感器(31)依次通过第一放大器(35)、第一比较器(36)和第二放大器(37)与第一电液比例节流阀(27)连接，所述的第一比较器(36)还接收从控制系统(A)过来的已设定的用于与第一电容位移传感器(31)所传信号进行比较的指令信号；同样，所述的第二电容位移传感器(32)依次通过第三放大器(38)、第二比较器(39)、第四放大器(40)与第二电液比例节流阀(28)连接，所述的第二比较器(39)还接收从控制系统(A)过来的已设定的用于与第二电容位移传感器(32)所传信号进行比较的指令信号；所述的第三电容位移传感器(33)依次通过第五放大器(41)、第三比较器(42)、第六放大器(43)与第三电液比例节流阀(29)连接，所述的第三比较器(42)还接收从控制系统(A)过来的已设定的用于与第三电容位移传感器(33)所传信号进行比较的指令信号；所述的第四电容位移传感器(34)依次通过第七放大器(44)、第四比较器(45)、第八放大器(46)与第四电液比例节流阀(30)连接，所述的第四比较器(45)还接收从控制系统(A)过来的已设定的用于与第四电容位移传感器(34)所传信号进行比较的指令信号。
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| TR01 | Transfer of patent right |