CN102554637A

CN102554637A - 垂直度误差可调的垂向闭式静压导轨

Info

Publication number: CN102554637A
Application number: CN2012100362588A
Authority: CN
Inventors: 彭云峰; 郭隐彪; 王振忠; 姜涛; 林建华; 林晓辉
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2032-02-16
Also published as: CN102554637B

Abstract

垂直度误差可调的垂向闭式静压导轨，涉及机床的闭式静压导轨。提供一种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问题的垂直度误差可调的垂向闭式静压导轨。设有垂向闭式静压导轨、垂直度误差检测控制单元和液压系统；垂向闭式静压导轨设有立柱、立柱导轨和滑块导轨；垂直度误差检测控制单元设有激光干涉仪、反射镜、上位移传感器、上支架、上反射块、下位移传感器、下支架、下反射块和数据处理与控制模块；液压系统设有前上伺服电机、前下伺服电机、后上伺服电机、后下伺服电机、前上油泵、前下油泵、后上油泵、后下油泵、前上进油管、前下进油管、后上进油管、后下进油管和液压油箱。

Description

垂直度误差可调的垂向闭式静压导轨

技术领域

本发明涉及机床的闭式静压导轨，尤其是涉及一种主要用于精密机床，垂直度误差可调的垂向闭式静压导轨。

背景技术

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于精密机床中。目前，液体静压支撑技术较普遍的应用于精密机床水平方向的导轨装置中，其中尤以闭式静压导轨居多。由于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等原因，静压导轨的刚性好，能保证机床在水平方向获得良好的几何精度，因此，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。此外，水平方向的静压导轨由于一般承受单方向的作用力，沿长度方向的载荷平稳，闭式静压导轨的油腔布置也因此常做成均匀分布。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。由于在精密机床中，垂向导轨一般只承受单侧的载荷作用(如卧轴矩台平面磨床)，从而在导轨上形成颠覆力矩，该力矩极易引起导轨发生偏离垂向的倾斜，而影响精密机床的几何精度和加工精度，特别是在进行微量材料去除的精密加工中，这种影响尤其明显。因此，为将闭式静压导轨应用于精密机床的垂向方向上，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。公开号为CN201020571582、CN200620045212、CN200620166169和CN200810071351.6的中国专利申请分别公开了4种液体静压导轨的结构，公开号为CN200710070272的中国专利申请公开了一种液体静压导轨的直线度调节方法，但它们仍然无法解决闭式静压导轨承受颠覆力矩而引起变形所导致的垂直度误差过大造成的精度降低问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种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问题的垂直度误差可调的垂向闭式静压导轨。

本发明设有垂向闭式静压导轨、垂直度误差检测控制单元和液压系统；

所述垂向闭式静压导轨设有立柱、立柱导轨和滑块导轨；立柱导轨由2条凹字形导轨构成，两条凹字形导轨分别固于立柱正面左侧和右侧，滑块导轨为平板式导轨，滑块导轨左右两侧的正反两面与立柱导轨间隙滑动配合，滑块导轨正面左右两侧上半部设有前上进油油腔阵列，滑块导轨正面左右两侧下半部设有前下进油油腔阵列，滑块导轨反面左右两侧上半部设有后上进油油腔阵列，滑块导轨反面左右两侧下半部设有后下进油油腔阵列；

所述垂直度误差检测控制单元设有激光干涉仪、反射镜、上位移传感器、上支架、上反射块、下位移传感器、下支架、下反射块和数据处理与控制模块；激光干涉仪固于立柱顶端正面，反射镜安装于滑块导轨的顶部，上位移传感器通过上支架安装在滑块导轨的上部，上反射块安装在立柱导轨的上侧边，下位移传感器通过下支架安装在滑块导轨的下部，下反射块固定在立柱导轨下侧边，数据处理与控制模块数据输入端与上位移传感器和下位移传感器分别电连接；

所述液压系统设有前上伺服电机、前下伺服电机、后上伺服电机、后下伺服电机、前上油泵、前下油泵、后上油泵、后下油泵、前上进油管、前下进油管、后上进油管、后下进油管和液压油箱；前上伺服电机联接前上油泵，前上油泵出油口接前上进油管一端，前上进油管另一端与所述前上进油油腔阵列连通；前下伺服电机联接前下油泵，前下油泵出油口接前下进油管一端，前下进油管另一端与所述前下进油油腔阵列连通；后上伺服电机联接后上油泵，后上油泵出油口接后上进油管一端，后上进油管另一端与所述后上进油油腔阵列连通；后下伺服电机联接后下油泵，后下油泵出油口接后下进油管一端，后下进油管另一端与所述后下进油油腔阵列连通；前上伺服电机、前下伺服电机、后上伺服电机和后下伺服电机与所述数据处理与控制模块的控制输出端分别电连接。

所述2条导轨为2条相同的凹字形导轨，2条凹字形导轨对称设置。

与现有技术比较，本发明具有以下突出优点：

1)由于滑块导轨正面左右两侧上半部设有前上进油油腔阵列，滑块导轨正面左右两侧下半部设有前下进油油腔阵列，滑块导轨反面左右两侧上半部设有后上进油油腔阵列，滑块导轨反面左右两侧下半部设有后下进油油腔阵列；这样滑块导轨可分成前、后、上、下4个不同的控制区域，即可通过对4个不同的控制区域进行分别供油的方式来控制4个区域油腔的流量和压力，来达到抵制工作时因颠覆力矩引起的滑块导轨翻转或变形，从而可有效保证(提高)导轨的垂直度。

2)采用垂直度误差检测控制单元，可以实时测量滑块导轨的垂直度误差，并通过数据处理与控制模块来达到对伺服电机的控制，检测和控制方法十分简便易行。

附图说明

图1为本发明实施例的的结构示意图。

图2为本发明实施例的滑块导轨、立柱导轨、前上进油管、前下进油管、后上进油管和后下进油管的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参见图1和2，本发明实施例设有垂向闭式静压导轨、垂直度误差检测控制单元和液压系统。

垂向闭式静压导轨设有立柱1、立柱导轨9和滑块导轨6；立柱导轨9由2条凹字形导轨构成，两条凹字形导轨分别固于立柱1正面左侧和右侧，并为对称设置。滑块导轨6为平板式导轨，滑块导轨6左右两侧的正反两面与立柱导轨9间隙滑动配合，滑块导轨6正面左右两侧上半部设有前上进油油腔阵列251，滑块导轨6正面左右两侧下半部设有前下进油油腔阵列252，滑块导轨6反面左右两侧上半部设有后上进油油腔阵列253，滑块导轨6反面左右两侧下半部设有后下进油油腔阵列254。

垂直度误差检测控制单元设有激光干涉仪24、反射镜17、上位移传感器4、上支架5、上反射块3、下位移传感器7、下支架10、下反射块8和数据处理与控制模块2；激光干涉仪24固于立柱1顶端正面，反射镜17安装于滑块导轨6的顶部，上位移传感器4通过上支架5安装在滑块导轨6的上部，上反射块3安装在立柱导轨9的上侧边，下位移传感器7通过下支架安装在滑块导轨6的下部，下反射块8固定在立柱导轨9下侧边，数据处理与控制模块2数据输入端与上位移传感器4和下位移传感器7分别电连接。

液压系统设有前上伺服电机18、前下伺服电机16、后上伺服电机20、后下伺服电机14、前上油泵19、前下油泵15、后上油泵21、后下油泵13、前上进油管22、前下进油管12、后上进油管23、后下进油管11和液压油箱30。前上伺服电机18联接前上油泵19，前上油泵19出油口接前上进油管22一端，前上进油管22另一端与所述前上进油油腔阵列251连通；前下伺服电机16联接前下油泵15，前下油泵15出油口接前下进油管12一端，前下进油管12另一端与所述前下进油油腔阵列252连通；后上伺服电机20联接后上油泵21，后上油泵21出油口接后上进油管23一端，后上进油管23另一端与所述后上进油油腔阵列253连通；后下伺服电机14联接后下油泵13，后下油泵13出油口接后下进油管11一端，后下进油管11另一端与所述后下进油油腔阵列254连通；前上伺服电机18、前下伺服电机16、后上伺服电机20和后下伺服电机14与所述数据处理与控制模块2的控制输出端分别电连接。液压油箱30内设有单向阀301，各油泵的进油口均与液压油箱30的供油管302连通。

滑块导轨6和立柱导轨9之间的间隙与液压油箱310的回油管303连通。

本发明实施例工作时，首先对滑块导轨6的各油腔阵列供油，由于滑块导轨6两侧与立柱导轨9的2条凹字形导轨之间存在着微小的配合间隙而形成缝隙出流，因此会在滑块导轨6和立柱导轨9之间形成静压支承，当不承受单侧颠覆力矩时，滑块导轨6两侧的油膜将对滑块导轨6施加支撑力，使滑块导轨6在垂向保持相对的垂向平衡；当滑块导轨6连接负载或处于加工状态而承受颠覆力矩时，滑块导轨6在垂向会发生偏离垂向的倾斜而引起垂直度误差，此时，安装于立柱1前顶端的激光干涉仪24与滑块导轨6顶部的反射镜17检测出滑块导轨6的垂直度误差信号，经数据处理与控制模块2处理后，得出滑块导轨6的垂直度误差信息和补偿量，随后数据处理与控制模块2将分别对前上伺服电机18、前下伺服电机16后上伺服电机20和后下伺服电机14发出控制信号，达到分别控制前上油泵19、前下油泵15、后上油泵21和后下油泵13动作，这样可微调滑块导轨6的各油腔阵列的供油量(压力)，从而改变滑块导轨6正反两面的上下部分油膜量，改变不同区域油膜对滑块导轨6的支撑力，实现滑块导轨6的支撑力平衡，滑块导轨6在垂向会发生微小的回摆，从而减小滑块导轨6的垂直度误差。当滑块导轨6上的负载连续发生变化时，垂直度误差检测控制单元能实时地检测出滑块导轨6的垂直度误差，并控制静压导轨的液体流量与压力，实时地控制滑块导轨6的垂直度误差在允许的范围内。

Claims

1.垂直度误差可调的垂向闭式静压导轨，其特征在于设有垂向闭式静压导轨、垂直度误差检测控制单元和液压系统；

垂向闭式静压导轨设有立柱、立柱导轨和滑块导轨；立柱导轨由2条导轨构成，2条导轨分别固于立柱正面左侧和右侧，滑块导轨为平板式导轨，滑块导轨左右两侧的正反两面与立柱导轨间隙滑动配合，滑块导轨正面左右两侧上半部设有前上进油油腔阵列，滑块导轨正面左右两侧下半部设有前下进油油腔阵列，滑块导轨反面左右两侧上半部设有后上进油油腔阵列，滑块导轨6反面左右两侧下半部设有后下进油油腔阵列；

垂直度误差检测控制单元设有激光干涉仪、反射镜、上位移传感器、上支架、上反射块、下位移传感器、下支架、下反射块和数据处理与控制模块；激光干涉仪固于立柱顶端正面，反射镜安装于滑块导轨的顶部，上位移传感器通过上支架安装在滑块导轨的上部，上反射块安装在立柱导轨的上侧边，下位移传感器通过下支架安装在滑块导轨的下部，下反射块固定在立柱导轨下侧边，数据处理与控制模块数据输入端与上位移传感器和下位移传感器分别电连接；

液压系统设有前上伺服电机、前下伺服电机、后上伺服电机、后下伺服电机、前上油泵、前下油泵、后上油泵、后下油泵、前上进油管、前下进油管、后上进油管、后下进油管和液压油箱；前上伺服电机联接前上油泵，前上油泵出油口接前上进油管一端，前上进油管另一端与所述前上进油油腔阵列连通；前下伺服电机联接前下油泵，前下油泵出油口接前下进油管一端，前下进油管另一端与所述前下进油油腔阵列连通；后上伺服电机联接后上油泵，后上油泵出油口接后上进油管一端，后上进油管另一端与所述后上进油油腔阵列连通；后下伺服电机联接后下油泵，后下油泵出油口接后下进油管一端，后下进油管另一端与所述后下进油油腔阵列连通；前上伺服电机、前下伺服电机、后上伺服电机和后下伺服电机与所述数据处理与控制模块的控制输出端分别电连接。

2.如权利要求1所述的垂直度误差可调的垂向闭式静压导轨，其特征在于所述2条导轨为2条相同的凹字形导轨，2条凹字形导轨对称设置。