CN101900163B - 一种变频恒流静压轴承的液压控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种变频恒流静压轴承的液压控制系统，包括数控系统，交流变频器、交流变频电机、齿轮泵、主轴、静压轴承、压力、流量、温度检测反馈系统。主轴置于静压轴承中，静压轴承上有液压油输入通道和静压油腔，主轴与静压轴承间有保证主轴超重载高精度回转的油膜。数控系统包括数据处理系统和PLC控制器，PLC控制器、交流变频器、交流变频电机依次连接，交流变频电机与齿轮泵连接，齿轮泵与压力、流量、温度检测反馈系统以及静压油腔连接，在径向静压轴承与数据处理系统单元间，有压力、流量、温度检测反馈系统。本发明所说的系统，可自动调节和锁定静压油流量，实现重载高精度功能。在承载500吨数控重型卧式车床上，主轴径向跳动可达0.006毫米。

Description

一种变频恒流静压轴承的液压控制系统

所属领域

本发明涉及到重型卧式车床的主轴静压轴承装置，特别是引入了压力、流量反馈实现了变频恒流控制的静压轴承。

背景技术

目前重型卧式车床，例如数控重型卧式车床，承重范围80-200吨，主轴径向恒流静压轴承系统通常是采用普通的三相异步电机驱动齿轮泵提供压力油至主轴静压轴承，输入流量不变。由于静压轴承的实际流量受油的粘度、温度、压力以及零件加工精度的综合影响，轴承的承载能力及精度不高。特别是外载荷变化较大时，油膜厚度变化极大，从而大大降低了静压轴承的精度。随着数控重型卧式车床的发展，承重范围已达到80-500吨，因此要求静压轴承有更大的承载能力和更高的回转精度。

中国国家知识产权局于2004年5月5日公开了“一种静压轴承变恒流量供油系统”实用新型专利，(公告号：CN2614287Y，专利号：ZL01280421.5)，该系统采用电液比例调速阀作为静压轴承供油系统的节流器，变量泵出油口并联接溢流阀入油口，各静压油腔上的电液比例调速阀入油口并联接到变量泵出油口上，电液比例调速阀出油口接流量传感器入油口和压力传感器入油口，流量传感器出油口接静压油腔入油口，流量传感器和压力传感器与计算机控制系统形成流量闭环系统和压力闭环系统，保持设计油膜厚度不变，使油膜刚度接近无穷大。但是，此种绝对刚性油膜的设计在超重型机床上应用，仍存在一定的问题，其精度并不容易得到有效的控制和保障。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，和为了满足现代数控重型卧式车床的发展需要，提供一种使主轴在大的承载下仍能保证高精度回转的变频恒流静压轴承及其相应的液压控制系统。

本发明解决通常恒流静压轴承系统存在的问题的技术方案是：采用当前比较成熟的交流变频技术，并在液压系统中引入压力、流量、温度检测反馈系统，在数控系统中增加数据处理单元、PLC控制器(可编程逻辑控制器)和交流变频器，在液压系统中将原来的齿轮泵的驱动电机由三相异步电机改为交流变频电机，在主轴静压轴承液压油输入端增加压力传感器、流量传感器、温度传感器，提供反馈信号至数控系统。

本发明所说的变频恒流静压轴承的液压控制系统，其构成包括数控系统，交流变频器、交流变频电机、齿轮泵、静压轴承、压力、流量、温度检测反馈系统。主轴置于径向静压轴承中，在径向静压轴承上设置有液压油输入通道和静压油腔，在主轴与径向静压轴承间形成有保证主轴在径向静压轴承中超重载高精度回转的油膜。在所说的数控系统中包括有数据处理系统、PLC控制器，PLC控制器的输出端与交流变频器输入端相连接，交流变频器输出端信号与交流变频电机相连接，交流变频电机与齿轮泵相连接，齿轮泵与压力、流量、温度检测反馈系统以及静压轴承中的静压油腔相连接，在静压轴承与数据处理系统单元之间，设置有压力、流量、温度检测反馈系统。在所说的数据处理系统单元中，有处理和比较静压轴承压力、流量、温度设定值与压力、流量、温度检测反馈信号的比较电路。

本发明所说的变频恒流控制静压轴承液压控制系统的原理为：将径向静压轴承压力、流量、温度的设定值输送到数控系统中的数据处理系统，且数据处理系统单元同时接受来自压力、流量、温度检测反馈系统的信号，将其进行比较后输送到PLC控制器；PLC控制器的输出信号，经过交流变频器、交流变频电机后驱动齿轮泵，并控制静压轴承液压油流量，处于最佳状态时锁定。

经检验，采用本发明所说的变频恒流静压轴承应用在承载500吨的数控重型卧式车床上，主轴径向跳动可达到0.006毫米。

附图说明

图1：变频恒流静压轴承液压控制系统方框图；

图2：数控重型卧式车床主轴箱径向静压轴承结构图；

图3：径向静压轴承液压原理图。

在图1～图3中：1.径向静压轴承压力、流量、温度设定值；2.数据处理系统；3.PLC控制器；4.交流变频器；5.交流变频电机；6.齿轮泵；7.径向静压轴承；8.压力、流量、温度检测反馈系统；9.主轴；10.静压油腔；11.输入通道；12.主轴箱箱体；13.粗过滤器；14.变量叶片泵；15.交流电机；16a、16b、16c、16d.单向阀；17.精过滤器；18a、18b.压力继电器；19.流量传感器；20.压力传感器；21.温度传感器；22.两位两通电磁阀；23.蓄能器。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明所述的变频恒流静压轴承液压控制系统的结构和原理作进一步的描述和说明。

在图1中，是采用西门子840D数控系统中的模块化单元为例，来说明本发明所说的变频恒流静压轴承的液压控制系统，主要包括数控系统，交流变频器4、交流变频电机5、齿轮泵6、径向静压轴承7、压力、流量、温度检测反馈系统8。所说的数控系统中包括数据处理系统2和PLC控制器3。数据处理系统2主要是用于调速控制信号(即径向静压轴承压力、流量、温度设定值1)的输入，它给出的压力、流量、温度控制信号与压力、流量检、温度测反馈系统8输给的反馈信号具有相同形式和相同的数量级。在径向静压轴承7与数据处理系统2之间，设置有压力、流量、温度检测反馈系统8，所说的压力、流量、温度检测反馈系统8中，包括流量传感器19、压力传感器20和温度传感器21；在所说的数据处理系统2单元中有处理和比较径向静压轴承压力、流量、温度设定值1与压力、流量、温度检测反馈系统8的反馈信号的比较电路。数据处理系统2中的比较环节将输入信号和反馈信号进行比较，将得出的偏差信号作为PLC控制器3的输入信号。PLC控制器3将接受到的偏差信号按照设计给定的算法输出控制信号来控制变频器4的输出频率。当径向静压轴承7通过调整处于最佳静压状态(主轴9在径向静压轴承7中的高精度回转)时，PLC控制器3使变频器4的频率锁定，交流变频电机5输出转速不变，齿轮泵6流量恒定不变，从而实现主轴9的重载高精度回转。

在图2中，径向静压轴承7固装在主轴箱箱体12上，主轴9置于径向静压轴承7中，主轴9与径向静压轴承7为间隙配合，在径向静压轴承7上设置有液压油输入通道11，液压油经输入通道11流入径向静压轴承7中静压油腔10内，在主轴9与径向静压轴承7间形成一层油膜，保证主轴9在径向静压轴承7中的高精度回转。

为了保证所输入的液压油的质量，在本发明所说的变频恒流静压轴承液压控制系统中还可以设置一些辅助装置，其工作原理一并在图3中说明。液压油经粗过滤器13、精过滤器17过滤后，进入到由交流变频电机5驱动的齿轮泵6中，流经单向阀16c、流量传感器19，流入径向静压轴承7中油腔10内。图中的流量传感器19，提供输入到油腔10的流量反馈信号至数据处理系统2；油腔10的输入端连接的压力传感器20和温度传感器21，提供输入到油腔10的压力和温度反馈信号至数据处理系统2。

在本发明所说的变频恒流静压轴承的液压控制系统中，还可以设置静压轴承压力保护系统，如图3中所示，单向阀16d，两位两通电磁阀22，压力继电器18b，蓄能器23构成径向静压轴承压力保护回路。当机床突然断电时，两位两通电磁阀22接通，蓄能器23中的压力油经单向阀16d流入径向静压轴承7中油腔10内，从而起到保护作用。

此外，在图3中涉及到的变量叶片泵14、交流电机15、单向阀16a、16b均为实施本发明技术的辅助设置或部件，无需进行额外的说明。

Claims (3)

1.一种变频恒流静压轴承的液压控制系统，包括数控系统，交流变频器，交流变频电机，齿轮泵，径向静压轴承和压力、流量、温度检测反馈系统，主轴置于径向静压轴承中，在径向静压轴承上设置有液压油输入通道和静压油腔，其特征在于，在主轴与径向静压轴承间形成有保证主轴在径向静压轴承中超重载高精度回转的油膜；所说的数控系统中包括有数据处理系统和PLC控制器，PLC控制器的输出端与交流变频器输入端相连接，交流变频器输出端信号与交流变频电机相连接，交流变频电机与齿轮泵相连接，齿轮泵与压力、流量、温度检测反馈系统以及径向静压轴承中的静压油腔相连接，在径向静压轴承与数据处理系统之间，设置有压力、流量、温度检测反馈系统。

2.按照权利要求1所说的变频恒流静压轴承的液压控制系统，其特征在于，所说的数据处理系统中，有处理和比较径向静压轴承压力、流量、温度设定值与压力、流量、温度检测反馈信号的比较电路。

3.按照权利要求1所说的变频恒流静压轴承的液压控制系统，其特征在于，所说的压力、流量、温度检测反馈系统中包括流量传感器、压力传感器和温度传感器。

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