CN101905443A - 一种直驱式非对称闭式矩形静压导轨 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直驱式非对称闭式矩形静压导轨，包括沿导轨方向两侧对称的上导轨和下导轨，其特征是所述上导轨和下导轨的同一侧在水平方向采用凹凸结构配合并至少形成包括上、下、侧三个方向相接触的三个接触面，所述上导轨或下导轨的上、下、侧接触面上沿导轨分别设有上油腔、下油腔和侧油腔，并且该导轨内沿导轨分别设有若干与上油腔、下油腔和侧油腔相通的带节流器的外接压力油系统的注油管；所述上导轨和下导轨之间设有直线电机，直线电机的动子和定子分别固定在上轨道和下轨道上或固定在下轨道和上轨道上。上述结构使得本发明具有高精度、高刚度、高稳定性、高响应的优点，可以显著提高数控机床的加工性能。
Description
技术领域
本发明属于机床部件，具体涉及一种直驱式非对称闭式矩形静压导轨。
背景技术
传统的数控机床导轨结构有V形平静压卸荷导轨和矩形卸荷静压导轨，均属于开式结构，压力变化无反馈，承载刚性差，尤其是抗偏载性差，导轨运动的摩擦状态不确定，摩擦力不稳定；近年来开发有双圆柱闭式静压和对称矩形闭式静压导轨。双圆柱闭式静压导轨虽有反馈，但由于是双圆柱结构，在同等体积尺寸下油腔的有效承载面积少，同时由于受结构限制，承载油腔的数量少(一般为4个)，很难承受直线电机产生的巨大吸力。对称矩形闭式静压导轨尽管油腔数量较多，由于是对称油腔结构，在承受导轨、磨头自重和直线电机吸力后导轨会产生大的偏移量，导轨偏移量大容易导致出现半液体摩擦，造成导轨的异常磨损。同时现有的导轨驱动大部分采用伺服电机加滚珠丝杠结构，中间需经过两个传动环节，误差不可消除，使导轨的运用陷入瓶颈。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种摩擦小、精度高、刚度好的直驱式非对称闭式矩形静压导轨。
实现本发明目的采用的技术方案是：直驱式非对称闭式矩形静压导轨包括沿导轨方向两侧对称的上导轨和下导轨，所述上导轨和下导轨的同一侧在水平方向采用凹凸结构配合并至少形成包括上、下、侧三个方向相接触的三个接触面，所述上导轨或下导轨的上、下、侧接触面上沿导轨分别设有至少两个或两个以上的上油腔、下油腔和侧油腔，并且该导轨内沿导轨分别设有与上油腔、下油腔和侧油腔相通的带节流结构的外接压力油系统的注油管；所述上导轨和下导轨之间设有直线电机，直线电机的动子和定子分别固定在上轨道和下轨道上或固定在下轨道和上轨道上。
进一步的技术方案是：
所述上导轨和下导轨同一侧的凹凸结构中，下导轨由下导轨座的一侧、第一下导轨板和第二下导轨板组成，第一下导轨板和第二下导轨板用螺钉固定在下导轨座的一侧上并形成凹部；上导轨由上导轨座的一侧和上导轨板组成，上导轨板用螺钉固定在上导轨座的一侧上并形成凸部；
所述上油腔的面积小于下油腔的面积；
所述注油管上的节流结构采用毛细管节流器，与上油腔连通的毛细管节流器的长度小于与下油腔连通的毛细管节流器的长度。节流结构也可以是通常小孔节流或缝隙节流结构。
本发明的有益效果：
本发明上、下导轨采用对称的凹凸结构配合构成闭式静压导轨，具有较好的刚度；而且导轨上、下油腔面积设计成上小、下大非对称(非等面积)形式，导轨可以承载大的初始载荷仍保持上下平衡，磨擦系数小，驱动导轨的力小，加速度高；毛细管节流器的长短设计成上短、下长，当外载荷与初始载荷不同油腔压力发生变化时，节流器自动反馈，调节上下油腔压力，使导轨上下达到新的平衡；采用直线电机直接驱动导轨(零传动)，导轨的响应频响特别快。上述结构使得本发明具有高精度、高刚度、高稳定性、高响应的优点，可以显著提高数控机床的加工性能。
以下结合附图对本发明做出进一步的说明。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中上导轨上的油腔布置示意图。
图3是本发明的另一种结构示意图。
具体实施方案
如图1、图2所示，直驱式非对称闭式矩形静压导轨，包括沿导轨方向两侧对称的上导轨和下导轨，上导轨为动导轨，下导轨为静导轨；上导轨和下导轨的同一侧在水平方向采用凹凸结构配合并形成包括上、下、侧三个方向相接触的三个接触面11、20、13，上导轨和下导轨同一侧的凹凸结构中，下导轨由下导轨座1的一侧、第一下导轨板3和第二下导轨板6组成，第一下导轨板3和第二下导轨板6用螺钉2、5固定在下导轨座1的一侧上并形成凹部；上导轨由上导轨座8的一侧和上导轨板4组成，上导轨板4用螺钉18固定在上导轨座8的一侧上并形成与下导轨的凹部配合的凸部；上导轨座8的一个侧面与下导轨的第二下导轨板6的一个侧面形成间隙配合的侧接触面13，上导轨的上导轨板4与下导轨的第二下导轨板6的上面形成间隙配合的上接触面11，上导轨板4与下导轨的第一下导轨板3的下面形成间隙配合的下接触面20，上导轨上的三个接触面11、20、13上沿导轨分别设有若干独立的上油腔10、下油腔19和侧油腔12，该导轨内沿导轨分别设有若干与各上油腔10、下油腔19和侧油腔12相通的带节流器9的外接压力油系统的注油管7，其中上油腔10的面积小于下油腔19的面积，注油管7上的节流器9采用毛细管节流器，而且与上油腔10连通的毛细管节流器9的长度小于与下油腔19连通的毛细管节流器9的长度；上导轨和下导轨之间设有直线电机，直线电机的动子15用螺钉14固定在上轨道的上导轨座8上，直线电机的定子16用螺钉17固定在下轨道的下导轨座1上。
本发明也可采用如图3所示的结构，将注油管7设在下导轨(静导轨)内，并与下导轨的上、下、侧接触面11、20、13上的油腔10、19、12连通，可达到同样的效果。
工作原理：本发明是将直线电机安装在矩形静压导轨中心的一种新的机床导轨机构。在动导轨的上下、左右侧导轨面上共设计36个油腔，其中左、右侧导轨面分布12个对称油腔；上、下导轨面分布24个油腔，此24个油腔的面积采用上小、下大的分布方式，用以平衡直线电机吸力，导轨自重和磨头重量对导轨产生的初始载荷。直线电机的动子与动导轨连接，直线电机定子与静导轨和床身相连。工作时，油泵按设计规定的压力油通过毛细管节流器注入矩形导轨各油腔。压力油经过毛细管节流器节流后在动、静导轨的左右侧接触面形成平衡的静压力，上、下接触面则在直线电机吸力产生后形成设计的初始载荷的静压平衡。当磨削工件时，产生额外的外载或外载荷(与设计的初始载荷不同)发生变化时，各油腔压力在节流器的节流作用下形成正反馈，当压力油通过节流器节流后，流入导轨的各油腔，压力油把动导轨悬浮在静导轨上，当外载荷变化时，载荷将对应方向的上下导轨之间的接触面间隙变窄，流出的压力油减少，节流器的节流效应减弱，随之流入此组油腔的压力升高，便形成一抵抗外载荷变化的抗力，从而使导轨回归至原平衡位置，使导轨运动在全液体摩擦状态，所以摩擦阻力非常小。
本发明导轨的承载能力大，刚度高，空间尺寸小，稳定性好。采用直线电机直接驱动(零传动)，导轨的响应频响特别快。导轨对(除直线运动方向外的)5个自由度进行了约束。并稳定运行在液体摩擦状态，动摩擦系数小于0.005。
Claims (4)
1.一种直驱式非对称闭式矩形静压导轨，包括沿导轨方向两侧对称的上导轨和下导轨，其特征是所述上导轨和下导轨的同一侧在水平方向采用凹凸结构配合并至少形成包括上、下、侧三个方向相接触的三个接触面，所述上导轨或下导轨的上、下、侧接触面上沿导轨分别设有至少两个或两个以上的上油腔、下油腔和侧油腔，并且该导轨内沿导轨分别设有与上油腔、下油腔和侧油腔相通的带节流结构的外接压力油系统的注油管；所述上导轨和下导轨之间设有直线电机，直线电机的动子和定子分别固定在上轨道和下轨道上或固定在下轨道和上轨道上。
2.根据权利要求1所述的直驱式非对称闭式矩形静压导轨，其特征是所述上导轨和下导轨同一侧的凹凸结构中，下导轨由下导轨座的一侧、第一下导轨板和第二下导轨板组成，第一下导轨板和第二下导轨板用螺钉固定在下导轨座的一侧上并形成凹部；上导轨由上导轨座的一侧和上导轨板组成，上导轨板用螺钉固定在上导轨座的一侧上并形成凸部。
3.根据权利要求1或2所述的直驱式非对称闭式矩形静压导轨，其特征是所述上油腔的面积小于下油腔的面积。
4.根据权利要求3所述的直驱式非对称闭式矩形静压导轨，其特征是所述注油管上的节流器采用毛细管节流器，与上油腔连通的毛细管节流器的长度小于与下油腔连通的毛细管节流器的长度。
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