CN101982295B - 断电无泄漏平衡油缸 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种断电无泄漏平衡油缸，由平衡油缸和补偿装置组成。其补偿装置由补偿油缸体15、活塞16、推杆12、堵杆9、大弹簧13、小弹簧19、中间筒体14和限位套20组成。堵杆9套于推杆12外侧，并置于中间筒体14和补偿油缸体15内；位于中间筒体14内的堵杆9上套有大弹簧13，位于补偿油缸体15中的堵杆9上套有活塞16，推杆12的尾部设有小弹簧19和限位套20。本发明的优点是，当机床一旦断电后，补偿装置在两个弹簧力的作用下，可将平衡油缸的油腔E立即封死，以保持平衡油腔E内的液压油压力；同时对平衡油缸进行压缩以补偿压力，弥补其压力损失，确保平衡油缸即使在机床长期停电时，仍能使滑枕不会有任何下滑。

Description

断电无泄漏平衡油缸

技术领域

本发明涉及一种数控机床龙门加工中心的部件，特别是一种断电无泄漏平衡油缸。

背景技术

龙门加工中心用于对大型零件进行粗精加工，具有承重力强、行程大、精度高等特点，可以进行铣、镗、钻、攻等各种工序，只需一次装夹就可以按顺序完成多道工序，也可以对大型模具进行三维加工，效率高，加工精度好。龙门加工中心的主轴头安装在滑枕下端，滑枕安放于滑板内部，由伺服电机经滚珠丝杠传动沿导轨上下运动，完成Z轴切削加工进给。由于滑枕的Z轴进给为垂直向下方向，滑枕和主轴头及传动机构的自重与Z轴进给力方向相同，而与Z轴切削抗力方向相反，这样切削抗力大小的变化会导致进给力方向的变化，不利于保持进给力的相对稳定，对Z轴进给运动的平稳性产生很大影响。另外，该自重对伺服电机的运动负荷影响也很大，当滑枕向上运动时，电机需要克服该自重，会明显导致电机负荷过大甚至超负荷，同时也加剧Z轴传动丝杠及轴承的磨损。因此，必须对滑枕及主轴等的自重进行平衡，以消除对Z轴进给平稳性和电机负荷以及丝杠磨损的影响。

Z轴滑枕平衡机构通常使用平衡油缸来进行平衡动作。目前常用的平衡油缸，由油缸筒、活塞杆和油缸前、后盖组成，油缸筒重直方向固定在机床滑板上，活塞杆通过滑枕连接板与滑枕相联。机床工作时，压力油进入油缸筒中，推动活塞、带动滑枕相对油缸筒向上运动，油压力的大小与滑枕和主轴等自重的大小相当，方向相反，使得滑枕所受合力为零，以此抵消自重的影响，达到滑枕平衡的效果。当滑枕向上运动时，压力油及时充入油缸筒，维持油压不变，推动活塞杆仍然顶住滑枕连接板，继续将油压力作用在其上以平衡自重。当滑枕向下运动时，多余的压力油从油缸筒中回到液压站，但油压仍然维持不变，仍然顶住活塞杆和滑枕连接板，同样将油压力作用在其上以平衡自重。如果机床在工作中一旦断电，一方面Z轴伺服电机制动器立即抱紧电机轴及丝杠以防止滑枕下蹿，另一方面，平衡油路截止阀失电处于截止状态，阻断平衡油路，防止平衡油缸里的压力油流回油箱导致油缸失压，以此来保持油缸原有压力，这样仍然可以抵消滑枕自重，维持滑枕的位置不变。

上述现有的平衡油缸，虽可对滑枕和主轴的自重进行抵消平衡，但当机床一旦断电时，由于油缸以及平衡油路、截止阀等均为液压控制，仍存在有下列不足：

1、由于机床断电后电机制动器抱紧电机轴需要一定的时间，而截止阀失电截止油路也需要一定的时间，在此过程中一部分油会回流到油箱中，油缸压力会有一定下降，使平衡力产生缺失，这样，当电机制动器抱紧电机轴时，滑枕仍会由于自重而已经产生一定量的下蹿，刀具会破坏工件表面。

2、当机床处于长期停电状态时，平衡油路中截止阀的结构决定了一直存在微量泄漏，这样平衡油缸的油压会不断地处于下降状态，平衡力会越来越小，这样就会导致滑枕不断地缓慢下滑，使得机床滑枕的原位改变，给机床的后续使用带来很大的不便和安全隐患。平衡油路中虽可增加蓄能器来补充液压油的压力，但仍不能从根本上解决问题。

发明内容

本发明为了克服上述缺点，提供一种断电无泄漏平衡油缸，在现有平衡油缸的基础上，增加一个补偿装置，以确保机床在断电时，在弹簧力的作用下，一方面，立即封堵平衡油缸的油腔E以防油压缺失；另一方面，同时再给平衡油缸的油腔E补充一个附加的压缩力，保证平衡油缸拥有足够、稳定的液压力，使滑枕不下蹿。

本发明的技术解决方案，包括油缸筒6和活塞杆4，油缸筒6与机床滑板22相联，活塞杆4与机床滑枕连接板24相联，其特征在于：油缸筒6的尾端还设有补偿装置，其补偿装置包括补偿油缸体15、环形活塞16、推杆12、堵杆9、大弹簧13、小弹簧19、中间筒体14和限位套20；堵杆9套于推杆12外侧，并置于中间筒体14和补偿油缸体15内；位于中间筒体14内的堵杆9上套有大弹簧13，位于补偿油缸体15中的堵杆9上套有环形活塞16，推杆12的尾部设有小弹簧19和限位套20，小弹簧置于限位套20中；中间筒体14和补偿油缸体15联接成一体，并可与油缸筒6相联接。

堵杆9上设有槽孔，推杆12上设有通孔，推块10在推杆12上的通孔和堵杆9上的槽孔中径向穿过，使推杆12与堵杆9活动相联。

推杆12的尾部与限位套20螺纹联接。

大弹簧13的最大作用力大于小弹簧19。

其补偿装置也可由补偿油缸体15、环形活塞16、推杆12、大弹簧13和中间筒体14构成，推杆12置于中间筒体14和补偿油缸体15联接而成的腔体内；大弹簧13直接套于推杆12上，并置于中间筒体14的弹簧腔G内；环形活塞16直接套于推杆12上，并设于补偿油缸体15内；位于大弹簧13外端的推杆12上设有堵头，位于环形活塞16外端的推杆12上联接有挡圈18和螺母21。

活塞杆4的端部通过螺栓1、挡圈2和球面垫圈3与机床滑枕连接板24相联接。

活塞杆4的端部小轴上带有配合小环面23。

中间筒体14和补偿油缸体15上设有三组油路a、b、c，其中一组油路a与弹簧腔G相通，并外接平衡油路；再一组油路b与平衡油缸的油腔E相通，并外接蓄能器；再另一组油路c与补偿油缸的油腔F相通，并外接补偿油路；三组油路a、b、c同时外接电控系统。

补偿装置的中间筒体14与平衡油缸的油缸筒6之间可通过螺纹刚性联接，也可通过管路柔性联接。

本发明与现有技术相对比所具备的优点是，在现有平衡油缸上，增加一个补偿机构，当机床一旦断电后，补偿油缸在两个弹簧力的作用下，一方面通过堵杆9的端部堵头将平衡油缸的油腔E立即封死，以保持油腔E内的液压力；另一方面，推杆12同时伸入平衡油腔E内对其空间进行压缩，使平衡油缸增加一个额外的压力补偿，以弥补平衡油缸的油压损失。本发明由于增加了一个可靠持久的弹性机械密封和压力补偿，故而即使机床长期停电、造成液压油路油压损失，平衡油缸的油腔E中仍能保持足够的液压力，使滑枕不会有任何下滑，且安全可靠。

另外，由于活塞杆4上设有配合小环面23，同时机床滑枕连接板24两侧又通过两组球面垫圈3使其联接在一起，活塞杆4与滑枕连接板24的孔隙可以稍大，使活塞杆4运动中不会有别劲，同时活塞杆4的位置也不会有大的偏摆，以保证平衡油缸运动的平稳性和精度。

附图说明

附图为本发明的结构示意图。

图中标号：1-螺栓，2-挡圈，3-球面垫圈，4-活塞杆，5-油缸前盖，6-油缸筒，7-油缸后盖，8-连接盖，9-堵杆，10-推块，11-推环，12-推杆，13-大弹簧，14-中间筒体，15-补偿油缸体，16-环形活塞，17-端盖，18-挡圈，19-小弹簧，20-限位套，21-螺母，22-机床滑板，23-配合小环面，24-机床滑枕连接板，a-油路，b-油路，c-油路，E-平衡油腔，F-补偿油腔，G-弹簧腔。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步的详细描述。

实施例1：

本发明由平衡油缸和补偿装置组成。

平衡油缸包括油缸筒6、活塞杆4、油缸前、后端盖5、7。油缸筒6与机床滑板22联接固定，活塞杆4与机床滑枕连接板24相联，油缸筒6的两端分别通过螺纹联接平衡油缸前、后盖5、7。活塞杆4与机床滑枕连接板24通过活塞杆4轴端的螺栓1、挡圈2和两个球面垫圈3固定联接。活塞杆4的端轴上带有配合小环面23，机床滑枕连接板24两侧又通过两组球面垫圈3使其联接在一起，活塞杆4上小轴的配合小环面23与机床滑枕连接板24的孔隙可以稍大，使活塞杆4运动中不会有别劲，活塞杆4的位置也不会有大的偏摆，以保证平衡油缸运动的平稳性和精度。

补偿装置包括补偿油缸体15、环形活塞16、推杆12、堵杆9、大弹簧13、小弹簧19、中间筒体14和限位套20。中间筒体14的前端固定联接有连接盖8，连接盖8与平衡油缸后盖7螺纹联接；中间筒体14的后端与补偿油缸体15固定联接，补偿油缸体15的后端固定联接有端盖17，使油缸筒6、中间筒体14和补偿油缸体15联接成一个整体缸体。

堵杆9套于推杆12上，并置于中间筒体14和补偿油缸体15内，并可相对其轴向运动。位于中间筒体14内的推杆12和堵杆9上套有大弹簧13、推环11和推块10，推环11和推块10由螺钉固定联接，大弹簧13压缩于推环11与补偿油缸体15之间；位于补偿油缸体15中的推杆12和堵杆9上套有环形活塞16，推杆12的尾部设有挡圈18、小弹簧19和限位套20，推杆12与限位套20螺纹联接。挡圈18和小弹簧19置于限位套20中并顶住堵杆9的尾部端面。

堵杆9上设有槽孔，推杆12上设有通孔，推块10在推杆12上的通孔和堵杆9上的槽孔中径向穿过，使推杆12与堵杆9活动相联。推杆12相对堵杆9只可轴向滑动，而不能相对转动。推杆12相对堵杆9轴向滑动的距离即为推块10在堵杆9两侧槽中的滑动距离。大弹簧13的最大作用力和有效作用行程大于小弹簧19。

中间筒体14、补偿油缸体15和端盖17上设有油路a、油路b和油路c，连接盖8上也设有油路b，a、b、c三组油路均设在各零件的内部，同一个油路在不同的零件间互相惯通。其中，油路a外接平衡油路，并与液压站相通供油；油路b外接蓄能器；油路c外接补偿油路，并与液压站相通供油。a、b、c三组油路同时外接电控系统。

机床正常工作状态中，见附图中的左半部所示。压力油由油路c进入补偿油缸的油腔F，环形活塞16向下运动，推动限位套20、推杆12向下运动，同时通过推块10带动堵杆9和推环11向下运动，堵杆9的上端面与连接盖8分离，平衡油缸的油腔E与弹簧腔G相通，大弹簧13处于压缩状态。来自平衡油路的压力油经油路a、弹簧腔G进入油腔E中，将向上的油压力作用在活塞杆4的底部，并通过活塞杆4和机床滑枕连接板24作用在机床滑枕上，平衡油缸油压力的大小与机床滑枕和主轴等自重的大小相当，方向相反，使得滑枕所受合力为零，以此抵消机床滑枕和主轴等的自重，达到滑枕平衡的效果。当机床滑枕向上运动时，压力油及时充入油腔E中，维持油压不变，推动活塞杆4仍然顶住机床滑枕连接板24，继续将油压力作用在其上以平衡自重。当机床滑枕向下运动时，多余的压力油从平衡油缸油腔E中回到液压站，油压仍然维持不变，推动活塞杆4顶住机床滑枕连接板24，同样将油压力作用在其上以平衡自重。机床正常工作状态中，大弹簧13一直处于压缩状态。

当机床在工作中一旦断电时，见附图中的右半部所示。Z轴伺服电机制动器抱紧电机轴及丝杠以防止滑枕下蹿，液压站补偿油路失去压力，油腔F处于卸荷状态，此时大弹簧13在弹簧力的作用下迅速向上伸展，推动推环11、推块10、推杆12向上运动，推杆12再通过限位套20带动小弹簧19推动挡圈18和堵杆9一起向上运动，堵杆9的上端面紧贴到连接盖8后停止运动，使油腔E封闭；与此同时，推杆12在大弹簧13的作用下，仍继续向上运动并伸进连接盖8中，对密闭的平衡油缸油腔E的空间进行压缩，使平衡油缸获得一个额外的压力补偿，以弥补油路的压力损失，从而保持平衡油缸的原有压力不变，保证机床不会因断电而引起滑枕下蹿。

机床在断电过程中，虽然从机床断电到电机制动器抱紧电机轴需要一定的时间，但由于大弹簧13的弹簧力很大，且堵杆9的上端面带有密封圈，机床一断电，大弹簧13就迅速带动堵杆9将连接盖8中油腔E的进油口堵死，反映时间远小于液压控制系统中的截止阀，平衡油缸中压力油的压力损失很小，不会因机床断电而引起滑枕下蹿。大弹簧13对堵杆9的压力是持久不变的弹簧力，在大弹簧13的压力作用下，堵杆9与连接盖8的端面贴合非常紧密，完全做到了无泄漏，可以将平衡油缸中的油长久封闭。再加之，推杆12还可对平衡油缸增加一个额外的压力补偿，以弥补机床断电瞬间的压力损失，进一步增强平衡油缸保压的可靠性。这样即使机床长期停电，平衡油缸中也会保持有足够的液压力，使滑枕不会有任何下滑。

推杆12伸进连接盖8中的行程，等于限位套20和挡圈18之间的间隙，可通过即位套20和螺母21来进行调整。

本发明压力补偿机构与平衡油缸之间可通过上述方式刚性联接，也可通过油管进行柔性联接。即在连接盖8与油缸后盖7之间用一个柔性的油管进行联接，使压力补偿机构可作为一个整体部件灵活地放置在别处，这样可以减少平衡油缸直接作用于滑枕部分的尺寸。

实施例2：

本实施例是对上述实施例1中的补偿装置的简化，取消补偿装置中的压力增补机构。即取消推块10、推环11、挡圈18和小弹簧19，并将堵杆9和推杆12做成一个整体，大弹簧13加长直接顶到堵杆9前端的堵头，限位套20可以缩短或取消，这样可以减少零件数量，简化结构，降低成本，提高可靠性。用于对滑枕下蹿控制要求不高的场合。

本实施例的补偿装置由补偿油缸体15、环形活塞16、推杆12、大弹簧13、中间筒体14和螺母21构成，推杆12置于中间筒体14和补偿油缸体15联接而的腔体内；大弹簧13直接套于推杆12上，并置于中间筒体14的弹簧腔G内；环形活塞16直接套于推杆12上，并设于补偿油缸体15内。位于大弹簧13外端的推杆12上设有堵头，该堵头的直径与实施例1中堵杆9的堵头直径相同，可对油腔E位于连接盖8上的进油口进行封堵；位于环形活塞16外端的推杆12上联接有螺母21。机床正常工作时，环形活塞16可向下推动螺母21带动推杆12下行，一边压缩大弹簧13，一边打开推杆12的堵头，使油腔E与弹簧腔G相通，平衡油缸工作。当机床一旦断电时，油腔F失去压力，在大弹簧13的作用下，推杆12的堵头迅速堵住油腔E位于连接盖8上的进油口，使油腔E密封保压。本实施例只可封堵平衡油缸，但推杆12不能伸进油腔E中，对平衡油缸施加额外的压力补偿，一般只能用于对滑枕下蹿控制要求不高的场合。其优点是，结构简单，成本低。

Claims (8)

1.一种断电无泄漏平衡油缸，包括油缸筒(6)和活塞杆(4)，油缸筒(6)与机床滑板(22)相联，活塞杆(4)与机床滑枕连接板(24)相联，其特征在于：油缸筒(6)的一端还设有补偿装置，其补偿装置包括补偿油缸体(15)、环形活塞(16)、推杆(12)、堵杆(9)、大弹簧(13)、小弹簧(19)、中间筒体(14)和限位套(20)；堵杆(9)套于推杆(12)外侧，并置于中间筒体(14)和补偿油缸体(15)内；位于中间筒体(14)内的堵杆(9)上套有大弹簧(19)，位于补偿油缸体(15)中的堵杆(9)上套有环形活塞(16)，推杆(12)的尾部设有小弹簧(19)和限位套(20)，小弹簧置于限位套(20)中；中间筒体(14)和补偿油缸体(15)联接成一体，并可与油缸筒(6)相联接；中间筒体(14)和补偿油缸体(15)上设有油路(a、b、c)，其中一组油路(a)与中间筒体(14)的弹簧腔(G)相通，并外接平衡油路；再一组油路(b)与平衡油缸的油腔(E)相通，并外接蓄能器；再另一组油路(c)与补偿油缸的油腔(F)相通，并外接补偿油路，三组油路(a、b、c)同时外接电控系统。

2.如权利要求1所述的一种断电无泄漏平衡油缸，其特征在于：堵杆(9)上设有槽孔，推杆(12)上设有通孔，推块(10)在推杆(12)上的通孔和堵杆(9)上的槽孔中径向穿过，使推杆(12)与堵杆(9)相联。

3.如权利要求1所述的一种断电无泄漏平衡油缸，其特征在于：推杆(12)的尾部与限位套(20)螺纹联接。

4.如权利要求1所述的一种断电无泄漏平衡油缸，其特征在于：大弹簧(13)的最大作用力大于小弹簧(19)。

5.一种断电无泄漏平衡油缸，包括油缸筒(6)和活塞杆(4)，油缸筒(6)与机床滑板(22)相联，活塞杆(4)与机床滑枕连接板(24)相联，其特征在于：油缸筒(6)的一端还设有补偿装置，其补偿装置由补偿油缸体(15)、环形活塞(16)、推杆(12)、大弹簧(13)和中间筒体(14)构成，推杆(12)置于中间筒体(14)和补偿油缸体(15)联接而成的腔体内；大弹簧(13)直接套于推杆(12)上，并置于中间筒体(14)的弹簧腔(G)内；环形活塞(16)直接套于推杆(12)上，并设于补偿油缸体(15)内；位于大弹簧(13)外端的推杆(12)上设有堵头，位于环形活塞(16)外端的推杆(12)上联接有螺母(21)；中间筒体(14)和补偿油缸体(15)联接成一体，并可与油缸筒(6)相联接；中间筒体(14)和补偿油缸体(15)上设有油路(a、b、c)，其中一组油路(a)与中间筒体(14)的弹簧腔(G)相通，并外接平衡油路；再一组油路(b)与平衡油缸的油腔(E)相通，并外接蓄能器；再另一组油路(c)与补偿油缸的油腔(F)相通，并外接补偿油路，三组油路(a、b、c)同时外接电控系统。

6.如权利要求1或5所述的一种断电无泄漏平衡油缸，其特征在于：活塞杆(4)的端部通过螺栓(1)、挡圈(2)和球面垫圈(3)与机床滑枕连接板(24)相联接。

7.如权利要求1或5所述的一种断电无泄漏平衡油缸，其特征在于：活塞杆(4)的端部小轴上带有配合小环面(23)。

8.如权利要求1或5所述的一种断电无泄漏平衡油缸，其特征在于：补偿装置的中间筒体(14)与平衡油缸的油缸筒(6)之间可通过螺纹刚性联接，也可通过管路柔性联接。

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