CN102248183B - 主轴箱三吊点平衡补偿结构与方式 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种适用带滑枕的数控铣镗床主轴箱平衡补偿结构与方式。主要由平衡、倾斜补偿单元、主轴箱三吊点机构组成。主轴箱上设置有前、中、后三个吊点，三个吊点通过连接绳索、滑轮组与平衡锤的重心相连；在前、后吊点处设置有补偿油缸，补偿油缸前面设置有电液比例阀、液控单向阀、电磁换向阀组成的油路控制装置。平衡补偿方式为，通过数控系统实时测量滑枕的工况，采用电液比例阀控制油缸内的油压。本发明所说的平衡补偿结构与方式，能实时地对主轴箱的倾斜度进行修正；其结构、工艺与控制简单，保证铣镗床滑枕的移动精度和工件的加工精度。

Description

主轴箱三吊点平衡补偿结构与方式

所属领域：

本发明属于一种主轴箱平衡补偿结构与平衡补偿方式，尤其适用于带滑枕的数控落地式镗床。

背景技术：

现代化大型机床加工中，大型机床的滑枕移动对于加工具有重大意义，比如落地铣镗床的滑枕移动，其中主要由于滑枕端面具有安装附件的功能，滑枕的移动相当于整个附件的移动，能使附件更好地趋近工件或深入工件内部，即便不安装附件，仅使用滑枕移动同样也扩大了机床的加工范围。由于以上工艺的需要，铣镗床的滑枕移动行程要求越来越大，由此带来的移动精度保持技术也至关重要。而在现有技术中，其平衡补偿方式尚存在滑枕移出产生的主轴箱倾斜的问题。

2010年，刘建林在《制造技术与机床》杂志上（第75‐76页）发表了题为“具有反馈的落地铣镗床主轴箱补偿系统”的文章，并公开了一种由平衡倾斜补偿单元、主轴箱的前、后两点各设置一个由钢丝绳连接的起吊点；在前吊点处设置液压平衡缸，以及先导式电液比例溢流阀等组成的油路控制装置。在压力反馈平衡油缸中设置有活塞、碟形弹簧、压力传感器等，压力传感器设置在碟形弹簧的下面。该装置的工作原理是，当主轴箱重心前移时，主轴箱前端下倾，带动油缸一起下倾，在活塞不动前提下，碟形弹簧的空间增大，碟形弹簧上产生的压力小于预设压力，压力传感器输出电压降低，CNC数控系统按照压力传感器输出的压力信号调整电液比例溢流阀的溢流压力，提高平衡油缸的进口压力，平衡油缸中液压油压力增大，导致前钢丝绳拉力增大，平衡油缸带动主轴箱向上，压缩碟簧，直到碟形弹簧的压力值与预设压力一致，表明主轴箱恢复到水平，当主轴箱重心后移时，主轴箱前端上扬，碟形弹簧上的压力增大，CNC数控系统通过压力传感器的输出值降低先导式电液比例溢流阀的溢流压力，降低平衡油缸内的油压，直到碟形弹簧的压力值与预设压力一致。该装置可以比较好地解决机床滑枕移动对加工带来的影响。但不足的是，由于是采用碟形弹簧和压力传感器进行动态信息的传递，此种机械传递信息的方式，给其灵敏度和响应方面带来了一定的局限；因在机床的使用过程中，滑枕需要频繁快速地往复运动，要求碟形弹簧快速地完成小位移的压缩和放松动作，影响碟簧的使用寿命；同时该补偿系统未考虑到钢丝绳在使用过程中会有受力伸长现象，当钢丝绳出现伸长现象时，此时碟簧上的预紧力没有改变而无法补偿钢丝绳的伸长量，钢丝绳的伸长量会使得主轴箱偏离水平位置；由于在机床停机时，油缸内油压为零，碟簧上没有预紧力，因此难以保证主轴箱的正确水平位置，影响定位精度。

发明内容：

本发明主要目的是针对和克服现有技术中的不足，设计一种对主轴箱采用三吊点的平衡补偿结构及平衡补偿方式，以保证滑枕伸出缩回时主轴箱的水平。

本发明所说的主轴箱平衡补偿结构与方式，有平衡、倾斜补偿单元、主轴箱三吊点机构等部分组成。所说的主轴箱平衡补偿结构为，主轴箱的前、中、后三点各设置有一个吊点，三吊点排布在主轴箱的重心所在的水平移动轴线上，主轴箱的重心位于前、后两吊点之间；前、中、后三个吊点均通过连接绳索、滑轮组与平衡锤的重心相连；在前、后吊点处设置有补偿油缸；在每个补偿油缸前面设置有单独的电液比例阀、液控单向阀、电磁换向阀组成的油路控制装置，电磁换向阀连接到液控单向阀的Z口，通过调整活塞上的油压改变活塞的位置以保证主轴箱水平；中间吊点安装在主轴箱固定座上，用于分担主轴箱的部分重量。

所说的主轴箱平衡补偿方式为，基于前述的结构，配合平衡、倾斜补偿单元，即在每个补偿油缸入口前设置的电液比例阀、液控单向阀、电磁换向阀组成的油路控制装置，通过调整活塞上的油压改变前后吊点连接绳索上的拉力以保证主轴箱水平。具体步骤方式如下：

（1）由电液比例阀控制油缸内的油压，电磁换向阀连接到液控单向阀的Z口；

（2）通过数控系统实时测量滑枕的伸出长度，控制电液比例阀的出口压力；

当需要调整压力时，其各工况的调整为：

（a）当需要增压时，液压油直接通过电液比例阀，调整后的液压油经液控单向阀的主油路通入补偿油缸中，增大补偿油缸中的油压；

（b）当需要减压时，电磁换向阀启动，高压油通入液控单向阀的Z口，打开液控单向阀，使补偿油缸内的压力减小；

（c）当需要保压时，电磁换向阀处于常态断开状态，液控单向阀Z口断油从内部关闭液控单向阀，油路保压。

本发明所说的主轴箱三吊点平衡补偿结构与方式，由于主轴箱前、后两吊点都装有补偿油缸，通过电液比例阀控制油缸内的压力，补偿因主轴箱重心位置变化引起的主轴箱倾斜，保证主轴箱的水平。本发明所说的技术，其结构、工艺与控制均较为简单。在数控机床中，滑枕移动的过程能实时测量到相关数据，并能实时地对主轴箱的倾斜度进行修正，保证了铣镗床滑枕的移动精度，同时也保证了工件的加工精度。

附图说明：

附图1：三吊点平衡补偿方式实施例（俯视）示意图；

附图2：三吊点平衡补偿方式实施例（A向左视）示意图；

附图3：补偿油缸结构示意图；

附图4：三吊点平衡补偿方式液压原理示意图。

具体实施方式：

本发明所说的主轴箱三吊点平衡补偿结构与方式，主要由主轴箱三吊点机构，即主轴箱、滑轮机构、连接绳索、平衡锤，以及倾斜补偿单元组成。附图1中给出的是本发明所说的三吊点平衡补偿结构与方式实施例示意图。在主轴箱1的重心水平轴线上设置有前、中、后三个吊点，主轴箱的重心在前、后吊点之间移动；主轴箱1上设置有三个吊点，在主轴箱1上的前后两吊点处，分别设置有前补偿油缸2a和后补偿油缸2b，该两个吊点的连接绳索4设置在前补偿油缸2a、后补偿油缸2b的顶部，中间吊点是固定吊点3；连接绳索4通过滑轮机构5上设置的两组滑轮6a与6b，分别与前、中、后三个吊点及平衡锤7的重心相连，滑轮机构6固定在支柱8的顶部。

附图2是附图1中的A向视图，从附图2中，可以更清楚的看出主轴箱、滑轮机构、钢索与平衡锤之间的连接和结构关系。连接绳索4与设置在主轴箱1重心水平轴线上前补偿油缸2a、后补偿油缸2b顶部的吊点、固定吊点3，及其平衡锤7的重心相连，油缸活塞9处于补偿油缸的中部。

附图3是前补偿油缸2a（后补偿油缸2b）的结构放大示意图，连接绳索4通过活塞杆与补偿油缸的油缸活塞9相连，油缸活塞9处于补偿油缸的中部，压力油从油缸的上部注入油缸。

本发明所说的连接绳索可以是钢丝绳，也可以是链条。

附图4中给出的是本发明所说的三吊点平衡补偿方式液压原理示意图。图中标号中含有“a”的表示为与前补偿油缸2a相配套的部分，含有“b”的表示为与后补偿油缸2b相配套的部分。每个油缸都有单独的电液比例阀10、液控单向阀11、电磁换向阀12组成的油路单独控制。电液比例阀10控制油缸内的油压，电磁换向阀12连接到液控单向阀11的Z口。当需要增压时，液压油直接通过电液比例阀10调整后经液控单向阀11的主油路通入补偿油缸中；当需要减压时，电磁换向阀12启动，高压油通入液控单向阀11的Z口，打开液控单向阀，使油缸内的压力泄出，达到电液比例阀调整后的压力；当需要保压时，电磁换向阀12处于常态断开状态，只需断开电液比例阀10，即可从内部关闭液控单向阀11，达到保压的目的。

当主轴箱的重心移动时，会产生一附加颠覆力矩，导致主轴箱倾斜，重心前移时，此时通过数控系统实时测量滑枕的伸出长度，控制电液比例阀10的出口压力，对补偿油缸2a中加压增大前吊点的拉力（使主轴箱前端升高），对补偿油缸2b中减压减小后吊点的拉力（使主轴箱后端降低），前后吊点对中吊点的力矩差抵消重心移动产生的附加颠覆力矩；当重心后移时前后油缸动作相反，始终保证主轴箱的水平。

Claims (8)

1.一种主轴箱三吊点平衡补偿结构，由倾斜补偿单元、主轴箱三吊点机构组成，其特征在于，主轴箱的前、中、后三点各设置有一个吊点，三吊点排布在主轴箱的重心所在的水平移动轴线上，主轴箱的重心位于前、后两吊点之间；前、中、后三个吊点均通过连接绳索、滑轮组与平衡锤的重心相连；在前、后吊点处设置有补偿油缸，在每个补偿油缸前面设置有单独的电液比例阀、液控单向阀、电磁换向阀组成的油路控制装置，电磁换向阀连接到液控单向阀的Z口；中间吊点安装在主轴箱固定座上。

2.按照权利要求1所说的主轴箱三吊点平衡补偿结构，其特征在于，所说的主轴箱上的前后两吊点处的连接绳索设置在前补偿油缸、后补偿油缸的顶部。

3.按照权利要求1所说的主轴箱三吊点平衡补偿结构，其特征在于，所说的连接绳索通过滑轮机构上设置的两组滑轮，分别与前、中、后三个吊点及平衡锤的重心相连。

4.按照权利要求1所说的主轴箱三吊点平衡补偿结构，其特征在于，所说的连接绳索是钢丝绳。

5.按照权利要求1所说的主轴箱三吊点平衡补偿结构，其特征在于，所说的连接绳索是链条。

6.一种主轴箱三吊点平衡补偿结构的平衡补偿方式，其构成包括有倾斜补偿单元、主轴箱三吊点机构，在主轴箱的前、中、后三点各设置有一个起吊点，三吊点排布在主轴箱的重心所在的水平移动轴线上，主轴箱的重心位于前、后两吊点之间；前、中、后三个吊点均通过连接绳索、滑轮组与平衡锤的重心相连；在前、后吊点处设置有补偿油缸，在每个补偿油缸前面设置有单独的电液比例阀、液控单向阀、电磁换向阀组成的油路控制装置，电磁换向阀连接到液控单向阀的Z口；中间吊点安装在主轴箱固定座上；

按照所说的主轴箱三吊点平衡补偿结构，其平衡补偿方式为：

1)由电液比例阀控制油缸内的油压，电磁换向阀连接到液控单向阀的Z口；

2)通过数控系统实时测量滑枕的伸出长度，控制电液比例阀的出口压力；

当需要调整压力时，其各工况的调整为：

(a)当需要增压时，液压油直接通过电液比例阀，调整后的液压油经液控单向阀的主油路通入补偿油缸中；

(b)当需要减压时，电磁换向阀启动，高压油通入液控单向阀的Z口，打开液控单向阀，使补偿油缸内的压力减小；

(c)当需要保压时，电磁换向阀处于常态断开状态，液控单向阀Z口断油从内部关闭液控单向阀，油路保压。

7.按照权利要求6所说的平衡补偿方式，其特征在于，当需要调整压力，增压时，液压油经液控单向阀对补偿油缸中加压增大吊点的拉力，使主轴箱升高。

8.按照权利要求6所说的平衡补偿方式，其特征在于，当需要调整压力，减压时，液压油经液控单向阀对补偿油缸中减压减小吊点的拉力，使主轴箱降低。