CN101596679B - 液体不连续流动精密圆转台静压导轨 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种液体不连续流动精密圆转台静压导轨，包括有静导轨、嵌入在静导轨内并带动工作台旋转的动导轨、以及为了减少静导轨与动导轨之间的摩擦而向静导轨内供油的供油系统，所述的静导轨内等间距的设置有多个通过各自对应的进油油路与供油系统连通的油压室，所述的每一个油压室都被动导轨分割为上油压室和下油压室两部分，所述的上油压室和下油压室内分别对应设置有上密封件和下密封件。本发明从根本上消除了传统静压导轨的发热现象，只需要一套容量很小的油源间歇工作即可。液压油是完全封闭的，无必然的漏损，也不会被环境污染，是一种绿色静压导轨。静压导轨刚性很高，运动导轨几乎不随负载的变化而发生位移，有很高的抗偏载能力。

Description

液体不连续流动精密圆转台静压导轨

技术领域

本发明属于一种圆转台静压导轨，特别是涉及一种运动导轨几乎不随负载的变化而发生位移，刚性好精度高，具有很高的抗偏载能力的液体不连续流动精密圆转台静压导轨。

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。在传统静压导轨中，一切都建立在油的受阻连续流动上，在传统结构静压导轨上，当负载变大时，导轨的运动部分要产生一向导轨静止部分的靠近，靠这一位移，使承载油腔向外流油的缝隙减小，流动的阻力加大，因而压力升高，直到这一压力升高产生的力与负载增大平衡时，才能稳定在一个新的位置，这就造成了刚性的不足和精度的降低，当出现偏置负载时，这一现象就会更严重。因此在应用中，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。

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运动导轨几乎不随负载的变化而发生位移，刚性好精度高，具有很高的抗偏载能力的液体不连续流动精密圆转台静压导轨。

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：一种液体不连续流动精密圆转台静压导轨，包括有静导轨、嵌入在静导轨内并带动工作台旋转的动导轨、以及为了减少静导轨与动导轨之间的摩擦而向静导轨内供油的供油系统，所述的静导轨内等间距的设置有多个通过各自对应的进油油路与供油系统连通的油压室，所述的每一个油压室都被动导轨分割为上油压室和下油压室两部分，所述的上油压室和下油压室内分别对应设置有上密封件和下密封件。所述的上密封件和下密封件的结构相同，包括有：环形密封主体，设置在环形密封主体的位于动导轨那一端上的导轨板，设置在环形密封主体外周面上的第一O型密封环，以及设置在环形密封主体另一端上的第二O型密封环。

所述的每一个下油压室都连通一个进油油路，所述的每一个上油压室的顶端都连通一个油路，其中，所述的每一个油路上都分别对应设置有一个用于调节上油压室和下油压室之间油压的单向调节阀。

所述的下油压室的面积大于上油压室的面积。

所述的导轨板采用聚四氟材料为基材。

所述的静导轨内等间距的设置有3个以上与进油油路连通的油压室。

当所述的静导轨内等间距的设置3个油压室时，其中的一个油压室为独立配制供油结构，所述的供油结构包括有与其它油压室的供油系统相同的供油系统，在供油系统与通向下油压室和上油压室的油路之间设置一个电液伺服阀，在静导轨的对应位置上设置一个电容位移传感器检测动导轨的垂直位移，所述的电容位移传感器依次通过第一放大器、比较器和第二放大器与电液伺服阀连接，所述的比较器还接收已设定的用于与电容位移传感器所传信号进行比较的指令信号。

本发明的液体不连续流动精密圆转台静压导轨，具有的优点和积极效果是：

1、导轨工作时有油压，而无油的受阻连续流动，是真正的静压，无功率损耗，从根本上消除了传统静压导轨的发热现象，又不需要像传统静压导轨一样有一连续的工作油源，只需要一套容量很小的油源间歇工作即可。

2、静导轨中，液压油是完全封闭的，无必然的漏损，因而既不污染环境，也不会被环境污染，是一种真正清洁的绿色静压导轨。

3、由于液压油是完全封闭的，当负荷发生变化时，压力瞬间随之变化以平衡负荷的脉动，但由于液压油本身的弹性模量在密闭的空间里非常大，几乎可以识为是刚性的，其体积的压缩量很小可以忽略不计，因而本发明的静压导轨刚性很高，运动导轨几乎不随负载的变化而发生位移，因而刚性好精度高，当出现负载偏置时，几乎不影响导轨精度，有很高的抗偏载能力。

本发明的液体不连续流动精密圆转台静压导轨，在采用电液伺服控制时，可实现转台的超精密运动精度并可用作超精密进给机构。

附图说明

图1是本发明的俯视图；

图2是图1的A-A剖面示意图；

图3是图2中I的局部放大示意图；

图4是本发明的第2实施例的结构示意图；

图5是图4中I的局部放大示意图。

图中的标号分别是：

1-静导轨；2-动导轨；3-工作台；4-进油油路；5-供油系统；6-上油压室；7-下油压室；8-上密封件；9-下密封件；10-油路；11～16-单向调节阀；17-环形密封主体；18-导轨板；19-第一O型密封环；20-第二O型密封环；22-电液伺服阀；23-电容位移传感器；24-第一放大器；25-比较器；26-第二放大器；27-油路；28、66、67-蓄能器；29、57、74-精滤油器；30、21、75-粗滤油器；31、60、70-油泵；32、62、72-吸油滤油器；33、63、73-油箱；34、76、68-压力表；35、64、65-压力继电器；58、59、69-溢流阀；37～56-单向阀。

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如下：

如图1、图2所示，本发明的液体不连续流动精密圆转台静压导轨，包括有静导轨1、嵌入在静导轨1内并带动工作台3旋转的动导轨2、以及为了减少静导轨1与动导轨2之间的摩擦而向静导轨1内供油的供油系统5。所述的静导轨1内等间距的设置有多个通过各自对应的进油油路4与供油系统5连通的油压室，所述的每一个油压室都被动导轨2分割为上油压室6和下油压室7两部分，所述的下油压室7的面积大于上油压室6的面积，其面积比为P_下/P_上＝6。所述的上油压室6和下油压室7内分别对应设置有上密封件8和下密封件9。

所述的上密封件8和下密封件9的结构相同，包括有：环形密封主体17，设置在环形密封主体17的位于动导轨2那一端上的导轨板18，设置在环形密封主体17外周面上的第一O型密封环19，以及设置在环形密封主体17另一端上的第二O型密封环20。所述的导轨板18采用聚四氟材料。

所述的动导轨2上下面都与安装在静导轨1内的上密封件8和下密封件9端部的导轨板18紧密接触，而将来自油源的压力油封住，建立起设定的压力，

所述的每一个下油压室7都连通一个进油油路4，所述的每一个上油压室6的顶端都连通一个油路10，其中，所述的每一个油路10上都分别对应设置有一个用于调节上油压室6和下油压室7之间油压的单向调节阀11～16。

当供油压力达到设定值时，动导轨2被浮起，动导轨2与静导轨1之间有0.02mm左右间隙；上密封件8和下密封件9的端部有约1.5删厚的以聚四氟为基材的导轨板18，其与金属之间的摩擦系数为0.04，由于面积不大，所承受的压强又不大，所以当动导轨2转动时，只有很小的摩擦力，其影响可以忽略。当供油系统5压力达到设定值，动导轨2与静导轨1之间设定间隙达到0.02mm时，油泵停止供油，而由蓄能器28维持上油压室6和下油压室7中的压力恒定，当蓄能器28中的压力低于设定值，油泵再次启动为系统供油。这种使用密封元件的静压导轨没有所谓恒压供油和恒流供油之分，它有压而无油的连续流动，因而不需要连续供油。

所述的静导轨1内可以等间距的设置有3个或3个以上与进油油路4连通的油压室。

图2中的单向阀40～49表示向均匀分布在静导轨1圆周上的6组由上密封件8和下密封件9组成的密封结构供油的油路。

图1所示结构的使用密封元件的圆工作台静压导轨已可实现0.001mm的端跳动精度，这对目前工业实践中的80％以上应用场合已能满足需要，但随着国防工作特别航天航空工业的发展，需要更高精度的转台，希望大型转台的端跳小于0.0001mm。图4、图5所示的结构即是可实现这种超高精度的采用电液伺服阀控制的方案。

如图4、图5所示，当所述的静导轨1内等间距的设置3个油压室时，其中的一个油压室为独立配制供油结构，所述的供油结构包括有与其它油压室的供油系统相同的供油系统5，在供油系统5与通向下油压室7和上油压室6的油路之间设置一个电液伺服阀22，在静导轨1的相应位置设置一个电容位移传感器23，所述的电容位移传感器23依次通过第一放大器24、比较器25和第二放大器26与电液伺服阀22连接，所述的比较器25还接收已设定的用于与电容位移传感器23所传信号进行比较的指令信号。

图4所示的结构是根据三点定面的几何原理，作回转运动的动导轨2被上下均布的三组密封件形成的封闭油压浮在中间，使其上下形成两个相等的间隙(0.02mm)，从而使动静导轨脱离接触，这一结构的三组上油压室6和下油压室7中的二组仍由油泵直接供油，但第三组不是由油泵供油压力直接控制的，是通过电液伺服阀22进行控制的，并且通过电容位移传感器23对动导轨2的位置进行测量反馈，从而构成全闭环电液伺服位置控制，其精度取决于所使用的电容位移传感器的分辨率。在市场上已有成熟可靠的分辨率达到1nm(0.001μm)的精密电容位移传感器，使这种采用电液伺服阀控制的用电容位移传感器做反馈测量元件的精密转台的轴向跳动精度达到0.01微米，即10nm。这种采用电液伺服阀控制的静压转台需要油源维续工作。

图4所示由电液伺服阀控制的用电容位移传感器反馈的精密转台静压导轨，除可用于提高转台的旋转精度外，也可用于旋转工作台的轴向超微进给装置，利用电液伺服阀的控制，可以使旋转工作台在轴向产生超微进给(1～1000nm)，从而实现超精密加工。

Claims (6)

1.一种液体不连续流动精密圆转台静压导轨，包括有静导轨(1)、嵌入在静导轨(1)内并带动工作台(3)旋转的动导轨(2)、以及为了减少静导轨(1)与动导轨(2)之间的摩擦而向静导轨(1)内供油的供油系统(5)，其特征是：所述的静导轨(1)内等间距的设置有多个通过各自对应的进油油路(4)与供油系统(5)连通的油压室，所述的每一个油压室都被动导轨(2)分割为上油压室(6)和下油压室(7)两部分，所述的上油压室(6)和下油压室(7)内分别对应设置有上密封件(8)和下密封件(9)，所述的上密封件(8)和下密封件(9)的结构相同，包括有：环形密封主体(17)，设置在环形密封主体(17)的位于动导轨(2)那一端上的导轨板(18)，设置在环形密封主体(17)外周面上的第一O型密封环(19)，以及设置在环形密封主体(17)另一端上的第二O型密封环(20)。

2.根据权利要求1所述的液体不连续流动精密圆转台静压导轨，其特征是：所述的每一个下油压室(7)都连通一个进油油路(4)，所述的每一个上油压室(6)的顶端都连通一个第一油路(10)，其中，所述的每一个第一油路(10)上都分别对应设置有一个用于调节上油压室(6)和下油压室(7)之间油压的单向调节阀(11～16)。

3.根据权利要求1所述的液体不连续流动精密圆转台静压导轨，其特征是：所述的下油压室(7)的面积大于上油压室(6)的面积。

4.根据权利要求1所述的液体不连续流动精密圆转台静压导轨，其特征是：所述的导轨板(18)采用聚四氟材料为基材。

5.根据权利要求1所述的液体不连续流动精密圆转台静压导轨，其特征是：所述的静导轨(1)内等间距的设置有3个以上与进油油路(4)连通的油压室。

6.根据权利要求1所述的液体不连续流动精密圆转台静压导轨，其特征是：当所述的静导轨(1)内等间距的设置3个油压室时，其中的一个油压室为独立配制供油结构，所述的供油结构包括有与其它油压室的供油系统相同的供油系统(5)，在供油系统(5)与通向下油压室(7)和上油压室(6)的油路之间设置一个电液伺服阀(22)，在静导轨(1)的对应位置上设置一个电容位移传感器(23)检测动导轨(2)的垂直位移，所述的电容位移传感器(23)依次通过第一放大器(24)、比较器(25)和第二放大器(26)与电液伺服阀(22)连接，所述的比较器(25)还接收已设定的用于与电容位移传感器(23)所传信号进行比较的指令信号。

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