CN102490077A

CN102490077A - 垂向闭式静压导轨垂直度误差调整装置

Info

Publication number: CN102490077A
Application number: CN2011104031575A
Authority: CN
Inventors: 彭云峰; 常小龙; 郭隐彪; 陈梅云; 郭龙
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2011-12-06
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2031-12-06
Also published as: CN102490077B

Abstract

垂向闭式静压导轨垂直度误差调整装置，涉及机床的导轨垂直度误差调整装置。设有垂向闭式静压导轨装置、外置动态重力平衡装置和压力传感检测控制单元；导轨装置设有立柱导轨和滑块导轨，滑块导轨两侧与立柱导轨呈间隙配合，滑块导轨与油池相连，滑块导轨两侧边的前后面设有前、后静压油腔，前、后静压油腔设左、右上方前后静压油腔供油口，左、右下方前后静压油腔供油口；平衡装置设有外置后油缸、外置前油缸、供油控制阀、回油控制阀、外置前油缸供油管、外置前油缸回油管、外置后油缸供油管和外置后油缸回油管；控制单元设有压力检测模块和数据处理模块，压力检测模块与滑块导轨左上方前后静压油腔的供油管相连。

Description

垂向闭式静压导轨垂直度误差调整装置

技术领域

本发明涉及机床的导轨垂直度误差调整装置，尤其是涉及一种垂向闭式静压导轨垂直度误差调整装置。

背景技术

在精密机床中，液体静压支撑技术因刚性好、耐冲击、耐磨损和精度保持性好等优点被广泛应用。特别是在精密机床水平方向的导轨装置中，液体静压支撑技术更得到较普遍的应用，其中尤以闭式静压导轨居多。一般情况下，机床水平方向的载荷较为平稳，不承受颠覆力矩，或承受的颠覆力矩较小，此时，静压导轨的刚性能保证机床在水平方向获得良好的几何精度。同时，水平方向的闭式静压导轨通常两侧供给相同压力的流体，并通过节流装置调节两侧的流量以控制液膜对导轨的支撑力，最终达到支撑平衡。但在垂向导轨结构中，由于载荷作用方向影响，开式静压导轨的应用受到限制，而在精密机床中只能使用闭式静压导轨。垂向导轨在精密机床中一般只承受单侧的载荷作用，易形成颠覆力矩，引起导轨发生偏离垂向的倾斜，供而影响精密机床的几何精度和加工精度，特别是在供行微量材料去除的精密加工中，这种影响尤其明显。因此，在精密机床的垂向方向使用闭式静压导轨，必须解决静压导轨因单侧颠覆力矩引起的垂直度误差问题。对中国专利的检索发现，在中国专利CN200710070272中公开了一种液体静压导轨的直线度调节方法，但仍缺乏解决垂向闭式静压导轨抵抗颠覆力矩作用的装置和方法。

发明内容

本发明的目的在于解决精密机床垂向闭式液体静压导轨由于单侧承受颠覆力矩而刚性不足引起的垂直度误差过大等问题，提供一种可实时检测垂向导轨的垂直度误差，并给予及时响应，从而实现在精密机床垂向导向装置中闭式静压导轨垂直度的精确控制的垂向闭式静压导轨垂直度误差调整装置。

本发明设有垂向闭式静压导轨装置、外置动态重力平衡装置和压力传感检测控制单元；所述垂向闭式静压导轨装置设有立柱导轨和滑块导轨，所述滑块导轨两侧与立柱导轨呈间隙配合，滑块导轨通过静压回油管与油池相连，滑块导轨两侧边的前面和后面分别设有前静压油腔和后静压油腔，前静压油腔和后静压油腔分别设置左上方前后静压油腔供油口、右上方前后静压油腔供油口、左下方前后静压油腔供油口、右下方前后静压油腔供油口；所述外置动态重力平衡装置设有外置后油缸、外置前油缸、供油控制阀、回油控制阀、外置前油缸供油管、外置前油缸回油管、外置后油缸供油管和外置后油缸回油管，外置前油缸和外置后油缸分别固定于主轴箱上侧和电机下侧，外置前油缸和外置后油缸的重心与主轴箱的重心、电机的重心共面；所述压力传感检测控制单元设有压力检测模块和数据处理模块，压力检测模块与滑块导轨左上方前后静压油腔的供油管相连，数据处理模块内置于数控系统中。

所述外置前油缸和外置后油缸均可采用蜂窝状结构；所述外置前油缸设有外置前油缸上腔、外置前油缸中腔和外置前油缸下腔；所述外置后油缸设有外置后油缸上腔、外置后油缸中腔和外置后油缸下腔。外置前油缸上腔和外置后油缸上腔与供油管相连，所述外置前油缸上腔和外置后油缸上腔的底面采用球面结构，外置前油缸上腔的底面与外置前油缸中腔的顶面相通；外置后油缸上腔的底面与外置后油缸中腔的顶面相通；所述外置前油缸中腔和外置后油缸中腔均设有多个正方体油腔，正方体油腔通过各面开出的多个小油孔与周围正方体油腔相通；所述外置前油缸下腔和外置后油缸下腔与回油管相连，所述外置前油缸下腔和外置后油缸下腔的内部采用整体式结构，所述外置前油缸下腔和外置后油缸下腔的顶面与外置前油缸中腔和外置后油缸中腔的底面相通。

本发明对两个外置油缸采取统一控制结构，通过增加供油控制阀和回油控制阀两个装置，实现了两个外置油缸共用一套供油回油系统，代替了传统电机单线控制每个外置油缸的供油与回油的方式。

将滑块导轨的垂直度误差转换为压力信号，工作过程中，压力检测模块实时检测滑块导轨左上方前后两静压油腔附近的压力，经数据处理后，如果左上方前后两静压油腔压力差超出一定范围，数据处理模块将控制供油控制阀和回油控制阀，调节两外置油缸的供油和回油，从而控制各外置油缸中的油量，使滑块导轨获得一个与所受颠覆力矩相反方向的回复力矩，完成垂向导轨装置的垂直度误差调整。

本发明包括垂向闭式静压导轨装置、外置动态重力平衡装置、压力传感检测控制单元。其中垂向闭式静压导轨装置包括立柱导轨、滑块导轨等。滑块导轨与两侧边的凹形的立柱导轨呈间隙配合，滑块导轨有8个静压油腔，分别设在滑块导轨前后面的侧边附近。外置动态重力平衡装置包括外置前油缸、外置后油缸、油泵、供油管和油槽等，外置前油缸、外置后油缸分别固定于主轴箱上侧和电机下侧，其重心与主轴箱重心、电机重心共面，其中外置油缸采用新型蜂窝状结构。压力传感检测控制单元包括压力检测模块和数据处理模块，压力检测模块与滑块导轨左上方前后静压油腔的供油管相连，数据处理模块内置于数控系统中。工作过程中，压力传感检测控制单元实时检测左上方前后静压油腔的压力差，经数据处理后，由数据处理模块控制供油控制阀和回油控制阀，从而控制外置油缸供油阀和回油阀的开闭，进而控制两个外置油缸的油量，使滑块导轨垂向获得一个与所受颠覆力矩相反方向的回复力矩，完成垂向导轨装置的垂直度误差调整。

本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：

1)结构新颖简便。本发明采用的外置动态重力平衡装置结构新颖，与传统结构设计中一味通过内部结构改进来达到生产要求的思路相比，是一种全新的设计尝试，本发明中的装置结构不仅能够满足相应的功能要求，而且结构十分简单，安装方便，大大减少设备成本。

2)便捷的检测与控制。本发明巧妙将导轨滑块的垂直度误差转换为压力信号，压力信号经过数据处理模块处理，继而控制供油控制阀和回油控制阀，从而控制两外置油缸的供油量与回油量。此处，对两个外置油缸采取统一控制结构，通过增加供油控制阀和回油控制阀两个装置，实现了两个外置油缸共用一套供油回油系统，代替了传统电机单线控制每个外置油缸的供油与回油的方式。

3)油缸结构的改进。本发明中使用的外置油缸，采用新型蜂窝状结构，三腔结构极大的减小了因液体流动所造成的各种测量误差，进一步保证了调整的准确性。

本发明提出了一种全新的闭式静压导轨垂直度误差检测和调整思路，实时检测垂向导轨的垂直度误差，并给予及时响应，从而实现在精密机床垂向导向装置中闭式静压导轨垂直度的精确控制。

附图说明

图1为本发明实施例的调整垂向闭式静压导轨垂直度误差的新型装置的主视图。

图2为本发明实施例的调整垂向闭式静压导轨垂直度误差的新型装置的左视图。

图3为本发明实施例的外置前油缸的蜂窝状结构示意图，外置后油缸的蜂窝状结构与外置前油缸相同。

以下给出图1～3中的各主要部件的标记：

1.立柱导轨；2.右上方前后静压油腔供油口；3.左上方前后静压油腔供油口；4.右下方前后静压油腔供油口；5.滑块导轨；6.左下方前后静压油腔供油口；7.静压回油管；8.回油控制阀；9.外置后油缸回油管；10.外置后油缸；11.外置前油缸回油管；12.主轴箱；13.外置前油缸；14.外置前油缸供油管；15.电机；16.外置后油缸供油管；17.供油控制阀；18.数据处理模块；19.压力检测模块；20.外置油缸的上腔；21.外置油缸的中腔；22.外置油缸的下腔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步阐述。

如图1～3所示，本发明实施例设有垂向闭式静压导轨装置、外置动态重力平衡装置和压力传感检测控制单元；所述垂向闭式静压导轨装置设有立柱导轨1和滑块导轨5，所述滑块导轨5两侧与立柱导轨1呈间隙配合，滑块导轨5通过静压回油管7与油池相连，滑块导轨5两侧边的前面和后面分别设有前静压油腔和后静压油腔，前静压油腔和后静压油腔分别设置左上方前后静压油腔供油口3、右上方前后静压油腔供油口2、左下方前后静压油腔供油口6、右下方前后静压油腔供油口4；所述外置动态重力平衡装置设有外置后油缸10、外置前油缸13、供油控制阀17、回油控制阀8、外置前油缸供油管14、外置前油缸回油管11、外置后油缸供油管16和外置后油缸回油管9，外置前油缸13和外置后油缸10分别固定于主轴箱12上侧和电机15下侧，外置前油缸13和外置后油缸10的重心与主轴箱12的重心、电机15的重心共面；所述压力传感检测控制单元设有压力检测模块19和数据处理模块18，压力检测模块19与滑块导轨5左上方前后静压油腔的供油管相连，数据处理模块18内置于数控系统中。

所述外置前油缸13和外置后油缸10均可采用蜂窝状结构(如图3所示，图3仅给出外置前油缸13的蜂窝状结构，外置后油缸10与外置前油缸13的结构相同)；所述外置前油缸13设有外置前油缸上腔20、外置前油缸中腔21和外置前油缸下腔22；所述外置后油缸设有外置后油缸上腔、外置后油缸中腔和外置后油缸下腔。外置前油缸上腔20和外置后油缸上腔20与供油管相连，所述外置前油缸上腔20和外置后油缸上腔的底面采用球面结构，外置前油缸上腔20的底面与外置前油缸中腔21的顶面相通；外置后油缸上腔的底面与外置后油缸中腔的顶面相通；所述外置前油缸中腔21和外置后油缸中腔均设有多个正方体油腔，正方体油腔通过各面开出的多个小油孔与周围正方体油腔相通；所述外置前油缸下腔22和外置后油缸下腔与回油管相连，所述外置前油缸下腔22和外置后油缸下腔的内部采用整体式结构，所述外置前油缸下腔22和外置后油缸下腔的顶面与外置前油缸中腔21和外置后油缸中腔的底面相通。

工作前，外置前油缸13和外置后油缸10中有一定油量，供油控制阀17和回油控制阀8全部关闭。此时滑块导轨5在垂向没有发生偏离误差。工作时，系统首先对滑块导轨5的8个静压油腔供油，8个静压油腔分别设在滑块导轨5前后面的侧边附近。由于滑块导轨5与立柱导轨1之间存在着微小的间隙而形成缝隙出流，在滑块导轨5和立柱导轨1之间形成静压支承。当不承受单侧颠覆力矩时，滑块导轨5两侧边前后面的油膜将对滑块导轨5施加支撑力，使滑块导轨5在垂向保持相对的垂向平衡；当滑块导轨5连接负载或处于加工状态而承受颠覆力矩时，滑块导轨5在垂向必然发生偏离垂向的倾斜而引起垂直度误差。

假设在颠覆力矩的作用下，滑块导轨5发生了顶部前倾，底部后翘的倾斜，经压力检测模块19检测后，将出现滑块导轨5左上方前侧静压油腔压力增大，左上方后侧静压油腔压力减小的结果，此时数据处理模块18将控制供油控制阀17和回油控制阀8，使外置前油缸13的回油开关打开，同时外置后油缸10的供油开关打开，使得外置前油缸13的油量减少，外置后油缸10的油量增加，通过外置前油缸13和外置后油缸10的重力调整，使滑块导轨5获得一个与颠覆力矩反方向的回复力矩，阻止并恢复滑块导轨5的倾斜，来减小滑块导轨5的垂直度误差，在此过程中，左上方前侧静压油腔的压力将逐渐减小，左上方后侧静压油腔的压力将逐渐增大，左上方前后静压油腔压力差将随之减小。当左上方前后静压油腔压力差恢复到设定范围内时，数据处理模块18将控制供油控制阀17和回油控制阀8全部关闭，垂直度误差调整结束。当滑块导轨5发生了顶部后倾，底部前翘的倾斜时，经压力检测模块19检测后，将出现滑块导轨5左上方前侧静压油腔压力减小，左上方后侧静压油腔压力增大的结果，此时数据处理模块18将控制供油控制阀17和回油控制阀8，使外置前油缸13的供油开关打开，同时外置后油缸10的回油开关打开，使得外置前油缸13的油量增加，外置后油缸10的油量减少，通过外置前油缸13和外置后油缸10的重力调整，使滑块导轨5获得一个与颠覆力矩反方向的回复力矩，阻止并恢复滑块导轨5的倾斜，来减小滑块导轨5的垂直度误差，在此过程中，左上方前侧静压油腔的压力将逐渐增大，左上方后侧静压油腔的压力将逐渐减小，左上方前后静压油腔压力差将随之减小。当左上方前后静压油腔压力差恢复到设定范围内时，数据处理模块18将控制供油控制阀17和回油控制阀8全部关闭，垂直度误差调整结束。其中，供油控制阀17和回油控制阀8的控制电路均由继电器、高压回路、电磁阀等组成。工作过程中，当压力检测模块19将压力信号传送给数据处理模块18后，经分析，若左上方前后静压油腔压力差超过规定范围时，数据处理模块18将发出低压电信号，使继电器闭合，进而高压回路通路，电磁阀闭合，使得相应的供油回路或者回油回路接通。当左上方前后静压油腔压力差恢复到规定范围时，数据处理模块18将中断低压电信号，使继电器停止工作，继而高压回路断开，电磁阀将恢复初始状态，阻断供油通路和回油通路，完成控制。

Claims

1.垂向闭式静压导轨垂直度误差调整装置，其特征在于设有垂向闭式静压导轨装置、外置动态重力平衡装置和压力传感检测控制单元；所述垂向闭式静压导轨装置设有立柱导轨和滑块导轨，所述滑块导轨两侧与立柱导轨呈间隙配合，滑块导轨通过静压回油管与油池相连，滑块导轨两侧边的前面和后面分别设有前静压油腔和后静压油腔，前静压油腔和后静压油腔分别设置左上方前后静压油腔供油口、右上方前后静压油腔供油口、左下方前后静压油腔供油口、右下方前后静压油腔供油口；所述外置动态重力平衡装置设有外置后油缸、外置前油缸、供油控制阀、回油控制阀、外置前油缸供油管、外置前油缸回油管、外置后油缸供油管和外置后油缸回油管，外置前油缸和外置后油缸分别固定于主轴箱上侧和电机下侧，外置前油缸和外置后油缸的重心与主轴箱的重心、电机的重心共面；所述压力传感检测控制单元设有压力检测模块和数据处理模块，压力检测模块与滑块导轨左上方前后静压油腔的供油管相连，数据处理模块内置于数控系统中。

2.如权利要求1所述的垂向闭式静压导轨垂直度误差调整装置，其特征在于所述外置前油缸和外置后油缸均采用蜂窝状结构。

3.如权利要求2所述的垂向闭式静压导轨垂直度误差调整装置，其特征在于所述外置前油缸设有外置前油缸上腔、外置前油缸中腔和外置前油缸下腔；所述外置后油缸设有外置后油缸上腔、外置后油缸中腔和外置后油缸下腔；外置前油缸上腔和外置后油缸上腔与供油管相连，所述外置前油缸上腔和外置后油缸上腔的底面采用球面结构，外置前油缸上腔的底面与外置前油缸中腔的顶面相通；外置后油缸上腔的底面与外置后油缸中腔的顶面相通。

4.如权利要求3所述的垂向闭式静压导轨垂直度误差调整装置，其特征在于所述外置前油缸中腔和外置后油缸中腔均设有多个正方体油腔，正方体油腔通过各面开出的多个小油孔与周围正方体油腔相通；所述外置前油缸下腔和外置后油缸下腔与回油管相连，所述外置前油缸下腔和外置后油缸下腔的内部采用整体式结构，所述外置前油缸下腔和外置后油缸下腔的顶面与外置前油缸中腔和外置后油缸中腔的底面相通。