CN103899646B - 带磁流变液阻尼器的液体静压导轨 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带磁流变液阻尼器的液体静压导轨，滑块滑动放置在导轨上，滑块内部设置有磁流变液阻尼器，在导轨前后端分别设置有一个支撑块，该两个支撑块上的安装孔同轴设置有活塞杆并穿过磁流变液阻尼器；在滑块中部放置有直线电机次级，在导轨中部放置有直线电机初级，直线电机次级和直线电机初级面接触，在滑块与导轨的凹槽中分别垫有隔磁材料；磁流变液阻尼器的内腔中充满有磁流变液流体，在缸体内壁内的活塞杆圆周表面套装有活塞，活塞与缸体内壁之间留有环形间隙；活塞表面环绕有电磁线圈，电磁线圈外接到控制机构。本发明装置，导轨进给方向阻尼可调且调整速度快、控制精度高、导轨刚度好。

Description

带磁流变液阻尼器的液体静压导轨

技术领域

本发明属于机械制造技术领域，涉及一种带磁流变液阻尼器的液体静压导轨。

背景技术

现有的液体静压导轨一般由液压供油装置、动力驱动装置、导轨、滑块，静压油腔等组成。当导轨工作时，首先由液压供油装置将压力油输入至静压油腔中，在压力油的作用下将滑块从导轨上浮起，从而在滑块与导轨之间充满一层液体薄膜，使得导轨与滑块间的接触状态由滑动摩擦变为纯液体摩擦，极大的减小了滑块运动时的摩擦阻力。同时，液体静压导轨还具有承载能力大、吸振性能优异、工作寿命长的优点，在精密数控机床中获得了广泛的应用。

但是由于纯液体摩擦时摩擦阻力极小，使得导轨在进给方向的阻尼过小，即在欠阻尼状态下工作，这直接导致液体静压导轨在进给方向极易产生过大的超调量和较长的调整时间，而这对于提高精密数控机床制造精度与加工效率都是非常不利的。

发明内容

本发明的目的是提供一种带磁流变液阻尼器的液体静压导轨，解决了现有技术中的液体静压导轨进给方向阻尼较小，导致机床进给运动超调量过大及稳态调整时间较长的问题。

本发明的采用的技术方案是，一种带磁流变液阻尼器的液体静压导轨，包括滑块及导轨，滑块滑动放置在导轨上，滑块内部设置有磁流变液阻尼器，在导轨前后端分别设置有一个支撑块，该两个支撑块上的安装孔同轴设置有活塞杆，活塞杆穿过磁流变液阻尼器；

在滑块中部下表面的凹槽里放置有直线电机次级，在导轨中部上表面的凹槽中放置有直线电机初级，直线电机次级和直线电机初级面接触，在滑块与导轨的凹槽中分别垫有隔磁材料；在滑块中部沿纵向开有圆形通孔，称为磁流变液阻尼器的缸体内壁，在缸体内壁内腔中充满有磁流变液流体，在缸体内壁内的活塞杆圆周表面套装有活塞，活塞与缸体内壁之间留有环形间隙；

活塞表面环绕有电磁线圈，电磁线圈通过控制线路沿活塞圆孔通道及活塞杆轴心孔外接到控制机构。

本发明的带磁流变液阻尼器的液体静压导轨，其特点还在于：

滑块横向两侧的下端面通过螺栓固定连接有压板，导轨的两个上沿外表面被压板与滑块三面接触，在滑块、压板分别与导轨的两个水平外伸横沿的三个接触面上分别设置有一组液压油腔，各个液压油腔两端分别通过液压系统接口与液压控制机构连通。

缸盖的密封结构是，在缸盖与缸体内壁相接触的外圈安装有缸盖静密封，缸盖静密封为O形圈密封，并在缸盖与滑块接触的的内端面涂抹有密封胶；在缸盖与活塞杆接触的通孔内壁设置有缸盖动密封，缸盖动密封从内到外包括四层密封，最内层为阶梯型同轴密封圈一，其次为导向圈，然后是另一道阶梯型同轴密封圈二，最外层为防尘圈。

活塞杆与端盖通过螺栓连接，端盖通过另外的螺钉与支撑块外侧面固定连接。

活塞杆外露的两端头分别通过一个端盖与两端的支撑块对应固定连接。

在缸体内壁两端口通过螺钉固定安装有缸盖。

与现有的液体静压导轨相比，本发明具有以下突出优点：

1）液体静压导轨进给方向阻尼可调。本发明将磁流变液阻尼器引入液体静压导轨，当磁流变液流体20流经活塞9与缸体内壁21之间的环形间隙时，磁流变液流体20受到安装在活塞9上电磁线圈15所产生外加磁场的作用，改变了磁流变液流体20自身的屈服强度。电磁线圈15控制电流由计算机控制，对液体静压导轨进给方向阻尼进行实时补偿，以实现最优控制，从而减少导轨在进给过程中的超调量与稳态时间，实现提高机床制造精度与加工效率的最终目的。

2）液体静压导轨进给方向阻尼调整速度快。本发明采用直动型剪切阀式磁流变液阻尼器，具有磁路设计简单、便于制造的特点。在外加控-9制磁场的作用下，磁流变液流体能够在毫秒级时间内实现其状态的转变，且变化过程连续、可逆。

3）液体静压导轨进给方向阻尼控制精度高。磁流变液阻尼器6与滑块1为一体化机构，有效避免了螺栓连接或焊接连接所带来的安装误差、热误差，有利于提高缸体内壁21的加工精度；支撑块4与导轨2连接后，再进行支撑块4与活塞杆5配合孔的加工，可有效提高导轨2两侧支撑块4上配合孔的同轴度，进一步提高配合孔与缸体内壁21的同轴度，保证了活塞9上外加磁场的均匀性，有利于提高阻尼器的控制精度。

4）液体静压导轨零部件加工简单、易于装配。本发明的液体静压导轨，导轨零件结构简单，易于加工，并采用拼装方法，主要使用螺栓、螺栓连接，安装调整方便。

5）液体静压导轨刚度好。本发明的液体静压导轨，滑块、压板与导轨之间的贴合面较大，保证了导轨具有较大的刚度以及良好的静压效果。

附图说明

图1为本发明液体静压导轨的结构示意图；

图2为本发明液体静压导轨沿活塞杆5的径向剖视图；

图3为本发明液体静压导轨沿活塞杆5的轴向剖视图；

图4为本发明装置中的A处局部连接放大图；

图5为本发明装置中的B处局部放大图；

图6为本发明装置中的C处（密封结构）局部放大图。

图中，1.滑块，2.导轨，3.端盖，4.支撑块，5.活塞杆，6.磁流变液阻尼器，7.压板，8.液压系统接口，9.活塞，10.控制线路，11.液压油腔，12.直线电机次级，13.隔磁材料，14.直线电机初级，15.电磁线圈，16.缸盖静密封，17.缸盖，18.螺栓，19.缸盖动密封，20.磁流变液流体，21.缸体内壁，

另外，1901.阶梯型同轴密封圈一，1902.导向圈，1903.阶梯型同轴密封圈二，1904.防尘圈。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明带磁流变液阻尼器的液体静压导轨的结构是，包括主体呈“M”字形状的滑块1及呈“U”字形状的导轨2，

如图1所示，滑块1滑动放置在导轨2上，滑块1内部设置有磁流变液阻尼器6，在导轨2前后端分别设置有一个支撑块4，该两个支撑块4上的安装孔同轴设置有活塞杆5，活塞杆5穿过磁流变液阻尼器6，活塞杆5外露的两端头分别通过一个端盖3与两端的支撑块4对应固定连接；滑块1横向两侧的下端面通过螺栓固定连接有压板7，导轨2的两个上沿外表面被压板7与滑块1三面接触，在滑块1、压板7分别与导轨2的两个水平外伸横沿的三个接触面上分别设置有一组液压油腔11，各个液压油腔11两端分别通过液压系统接口8与液压控制机构连通；

如图2、图3、图4、图5所示，在滑块1中部下表面预先加工好的凹槽里放置有直线电机次级12，在导轨2中部上表面预先加工好的凹槽中放置有直线电机初级14，直线电机次级12和直线电机初级14面接触，直线电机次级12和直线电机初级14分别采用短初级长次级结构为液体静压导轨提供进给动力；为了隔离直线电机磁场对磁流变液流体的影响，在滑块1与导轨2的预制凹槽中分别垫有隔磁材料13，即在直线电机次级12与滑块1的凹槽接触面垫有一层隔磁材料13，同时在直线电机初级14与导轨2的凹槽接触面也垫有一层隔磁材料13；在滑块1中部沿纵向开有圆形通孔，称为磁流变液阻尼器6的缸体内壁21，在缸体内壁21内腔中充满有磁流变液流体20，在缸体内壁21内的活塞杆5圆周表面套装有活塞9，活塞9与缸体内壁21之间留有环形间隙，以方便磁流变液流体20通过；在缸体内壁21两端口通过螺钉固定安装有缸盖17，构成完整的磁流变液阻尼器6；

如图4所示，活塞杆5与端盖3通过螺栓18连接，端盖3通过另外的螺钉与支撑块4外侧面固定连接；

如图5所示，活塞9表面环绕有电磁线圈15，电磁线圈15通过控制线路10沿活塞9圆孔通道及活塞杆5轴心孔外接到控制机构；

如图6所示，缸盖17的密封结构是，在缸盖17与缸体内壁21相接触的外圈安装有缸盖静密封16，缸盖静密封16为O形圈密封，并在缸盖17与滑块1接触的的内端面涂抹密封胶，以有效防止磁流变液流体20渗漏；在缸盖17与活塞杆5接触的通孔内壁设置有缸盖动密封19，缸盖动密封19从内到外包括四层密封，最内层为阶梯型同轴密封圈一1901，其次为导向圈1902，然后是另一道阶梯型同轴密封圈二1903，最外层为防尘圈1904。

本发明装置的工作原理是，

当滑块1沿活塞杆5做往复运动时，两道阶梯型同轴密封圈（1901和1903）起密封作用，导向圈1902使活塞杆5沿轴向做平行于缸体内壁21运动，最外侧的防尘圈1904，不仅起到防止灰尘等异物进入缸体内部，还能兼顾密封作用。阶梯型同轴密封圈由截面为阶梯形的塑料环与O型密封圈组合而成，自身具有自润滑效应，能够满足活塞杆5在运动情况下的密封和润滑要求。活塞杆5表面做抛光处理，轴心开有轴心孔通道，用于放置磁流变液阻尼器的控制线路10。活塞9上加工有垂直其轴线的圆孔，并与活塞杆5上同轴圆孔相通，活塞9表面缠绕有电磁线圈15，电磁线圈15通过圆孔与控制线路10相连，同时控制线路10与外部计算机相连，由计算机控制输入信号对电磁线圈15的磁场强度进行控制，达到控制液体静压导轨进给方向阻尼的最终目的。

工作时，液压油通过液压系统接口8输入至滑块1内部的液压油腔11，分别在导轨2与压板7、滑块1之间形成承载油膜，并将滑块1从导轨2上浮起，此时，液体静压导轨处于纯液体摩擦，摩擦阻力极小。当镶嵌在导轨2内的直线电机初级14获得控制电流后，产生行波磁场，进而产生作用在直线电机次级12上的电磁力，当电磁力大于摩擦阻力时，滑块1沿导轨2开始滑动。由于磁流变液阻尼器中的活塞杆5固定在导轨2两侧的支撑块4上，同时由于磁流变液阻尼器6与滑块1为一体化设计，活塞9与缸体内壁21做相对运动，阻尼器内的磁流变液流体20逐渐流过活塞9与缸体内壁21之间的环形间隙。电磁线圈15在计算机的控制下产生控制磁场，改变流经环形缝隙的磁流变液流体20屈服强度，最终实现对液体静压导轨进给方向阻尼的控制。

Claims (5)

1.一种带磁流变液阻尼器的液体静压导轨，其特征在于：包括滑块(1)及导轨(2)，滑块(1)滑动放置在导轨(2)上，滑块(1)内部设置有磁流变液阻尼器(6)，在导轨(2)前后端分别设置有一个支撑块(4)，该两个支撑块(4)上的安装孔同轴设置有活塞杆(5)，活塞杆(5)穿过磁流变液阻尼器(6)；

在滑块(1)中部下表面的凹槽里放置有直线电机次级(12)，在导轨(2)中部上表面的凹槽中放置有直线电机初级(14)，直线电机次级(12)和直线电机初级(14)面接触，在滑块(1)与导轨(2)的凹槽中分别垫有隔磁材料(13)；在滑块(1)中部沿纵向开有圆形通孔，称为磁流变液阻尼器(6)的缸体内壁(21)，在缸体内壁(21)内腔中充满有磁流变液流体(20)，在缸体内壁(21)内的活塞杆(5)圆周表面套装有活塞(9)，活塞(9)与缸体内壁(21)之间留有环形间隙；在缸体内壁(21)两端口通过螺钉固定安装有缸盖(17)；

活塞(9)表面环绕有电磁线圈(15)，电磁线圈(15)通过控制线路(10)沿活塞(9)圆孔通道及活塞杆(5)轴心孔外接到控制机构。

2.根据权利要求1所述的带磁流变液阻尼器的液体静压导轨，其特征在于：所述的滑块(1)横向两侧的下端面通过螺栓固定连接有压板(7)，导轨(2)的两个上沿外表面被压板(7)与滑块(1)三面接触，在滑块(1)、压板(7)分别与导轨(2)的两个水平外伸横沿的三个接触面上分别设置有一组液压油腔(11)，各个液压油腔(11)两端分别通过液压系统接口(8)与液压控制机构连通。

3.根据权利要求1所述的带磁流变液阻尼器的液体静压导轨，其特征在于：所述的缸盖(17)的密封结构是，在缸盖(17)与缸体内壁(21)相接触的外圈安装有缸盖静密封(16)，缸盖静密封(16)为O形圈密封，并在缸盖(17)与滑块(1)接触的的内端面涂抹有密封胶；在缸盖(17)与活塞杆(5)接触的通孔内壁设置有缸盖动密封(19)，缸盖动密封(19)从内到外包括四层密封，最内层为阶梯型同轴密封圈一(1901)，其次为导向圈(1902)，然后是另一道阶梯型同轴密封圈二(1903)，最外层为防尘圈(1904)。

4.根据权利要求2或3所述的带磁流变液阻尼器的液体静压导轨，其特征在于：所述的活塞杆(5)与端盖(3)通过螺栓(18)连接，端盖(3)通过另外的螺钉与支撑块(4)外侧面固定连接。

5.根据权利要求2或3所述的带磁流变液阻尼器的液体静压导轨，其特征在于：所述的活塞杆(5)外露的两端头分别通过一个端盖(3)与两端的支撑块(4)对应固定连接。