CN105091826A - 一种机床液体静压导轨油膜厚度检测试验台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机床液体静压导轨油膜厚度检测试验台，包括力发生装置和油膜厚度检测系统，力发生装置包括力伺服液压控制系统和移动模块，移动模块包括水平移动模块和垂直移动模块，本发明以双活塞杆液压缸作为执行元件，采用力伺服液压控制，利用压力传感器实时监测动、静压导轨间的间隙情况，水平移动模块可以使动压导轨沿着水平导轨直线运动；所述垂直移动模块可以对不同型号导轨添加载荷；所述油膜厚度检测系统装置是液体静压导轨间隙检测装置。本发明机床液体静压导轨油膜厚度检测试验台不仅能够检测出油膜厚度，而且可以模拟出切削力的变化，实时监测机床工作过程中静压导轨实际油膜厚度的大小。
Description
技术领域
本发明涉及一种试验台，具体是一种机床液体静压导轨油膜厚度检测试验台，通过模拟机床切削载荷的大小、方向、作用点，检测液体静压导轨的油膜厚度，属于检测试验台技术领域。
背景技术
在制造技术飞速发展的今天，机械工业正向大型化、高速重载、高精度及高性能化方向发展，人们对机械加工产品质量要求越来越高，对加工机械产品的机床精度要求也日益提高。由于具有速度范围宽、承载能力大、运动精度高、抗振性能好、工作寿命长等诸多优点，液体静压导轨已被广泛应用于精密加工机床雷达天线等民用与军用设备中，作为实现机械加工高速度、高精度、高稳定性的重要手段，它已成为当今制造行业高速、精密及重载运动系统结构的主要发展方向。随着对机床加工精度和效率要求不断提高，必须提高工作台承载能力和性能，减少动导轨和静导轨间的磨损，延长动导轨的使用寿命。
液体静压导轨油膜刚度和承载能力作为液体静压导轨两个主要性能指标，其值直接影响到液体静压导轨的工作性能。承载能力是指在一定油膜厚度前提下，在确保上下支导轨的表面互不接触时，油膜所能负担的外载荷。油膜刚度和承载能力主要由油膜厚度和系统压力决定。而液体静压导轨的刚度、承载能力主要取决于导轨的油膜厚度，油膜厚度又随载荷变化，所以必须确定油膜厚度上限。液体静压导轨的工作性能主要取决其油膜的厚度，油膜厚度过高将导致油膜刚度下降，而油膜厚度过低也将导致承载能力下降，可见非优的油膜厚度将降低液体静压导轨的油膜刚度或承载能力。所以，能否始终保持油膜厚度处于稳定状态是提高导轨精度的关键因素，而油膜厚度的检测则是判定油膜厚度是否处于稳定状态的关键因素。但现有的检测方法是通过手持式激光分析仪得到的，并没有专门用于检测油膜厚度的装置。而手持式激光分析仪只能检测出厚度大小，不能模拟出切削力的变化，检测不具有实时性，也不具备自动检测的能力，因此急需一种可以实时检测油膜厚度的装置。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种机床液体静压导轨油膜厚度检测试验台，不仅能够检测出油膜厚度，而且可以模拟出切削力的变化，实现油膜厚度的实时检测，还具备自动检测的能力。
为了实现上述目的，本发明采用的一种机床液体静压导轨油膜厚度检测试验台，包括力发生装置和油膜厚度检测系统，所述力发生装置包括力伺服液压控制系统和移动模块，移动模块包括水平移动模块和垂直移动模块；
所述力伺服液压控制系统包括力伺服液压控制回路和供油系统，所述力伺服液压控制回路包括依次连接的第二吸油过滤器、伺服阀和双活塞杆液压缸；所述供油系统包括油箱、供油回路和回油回路，所述供油回路包括依次连接的第一吸油过滤器、第一截止阀、第一变量泵和第一单向阀，所述第一变量泵通过第一联轴器与第一电动机连接；所述回油回路包括依次连接的第一溢流阀、水冷却器和回油过滤器；
所述水平移动模块包括第二电动机、电动机支架、滚珠丝杠、动压导轨、布置在底板上的静压导轨以及安装在静压导轨两端的左轴承支架和右轴承支架，动压导轨安装在静压导轨上，可相对静压导轨左右移动；滚珠丝杠穿过动压导轨布置在静压导轨的上方，滚珠丝杠的左端连接有滚珠丝杠螺母组件，滚珠丝杠螺母组件通过压紧螺母、角接触球轴承安装在左轴承支架，滚珠丝杠的右端通过轴承I安装在右轴承支架上；第二电动机通过电动机支架安装在静压导轨的左侧，且第二电动机的转轴通过第二联轴器与滚珠丝杠的轴端连接；
所述垂直移动模块包括手柄、手柄支架、滚珠丝杆、滑块I、滑块II、连杆和立柱，手柄支架安装在手柄和滚珠丝杆之间，用于支撑手柄；滚珠丝杆一端与手柄连接，另一端通过轴承II与立柱连接；滑块II安装在滚珠丝杆上，并可沿滚珠丝杆左右移动，滑块I安装在立柱上，并可沿立柱上下移动；滑块II通过连杆与滑块I连接；
所述油膜厚度检测系统包括过滤器、第二变量泵、第二溢流阀、第二节流阀、压力传感器、第一节流阀和计算机，过滤器与第二变量泵的进油口连接，第二变量泵的出油口分别与第二溢流阀、第二节流阀连接，并通过第二节流阀与动压导轨上设置的进油口连通；压力传感器安装在动压导轨下方，用于检测压力，并将检测到的压力信息传送给计算机；动压导轨内的油液经第一节流阀流入油箱；
所述双活塞杆液压缸固定安装在滑块I上。
优选地，所述供油系统还包括与供油回路并连接的手动泵备用系统，所述手动泵备用系统包括手动泵、第二截止阀、第三吸油过滤器和第三单向阀，手动泵、第三溢流阀及第三截止阀并联接，并联后的一端通过第三单向阀与第一单向阀和第二单向阀的连接处连接，另一端通过第二截止阀与第三吸油过滤器连接，第三吸油过滤器与油箱连接。
优选地，所述供油回路上还设置有液压表组件和测压接头，液压表组件和测压接头与第一单向阀和第一变量泵的连接点连接。
优选地，还包括连接在第二单向阀和动压导轨之间的蓄能器支路。
与现有技术相比，本发明以双活塞杆液压缸作为执行元件，采用力伺服液压控制，利用压力传感器实时监测动、静压导轨间间隙情况，水平移动模块可以使力发生装置沿着水平导轨直线运动；所述垂直移动模块可以对不同型号导轨添加载荷；所述油膜厚度检测系统装置是液体静压导轨间隙检测装置；本发明机床液体静压导轨油膜厚度检测试验台可以实时监测机床工作过程中静压导轨实际油膜厚度的大小。在工作时，本发明可以随意施加切削力，所述切削力的作用点可以通过水平、垂直移动装置进行改变。模拟作用力大小通过力伺服液压控制系统产生，切削力作用点通过水平和垂直移动模块改变。
附图说明
图1为本发明的闭环控制系统框图；
图2为试验台液压系统原理图；
图3为本发明的总体结构布置图；
图4为水平移动模块的结构示意图；
图5为水平移动模块的立体示意图；
图6为垂直移动模块的结构示意图；
图7为垂直移动模块的立体示意图。
图中：1、液位计，2、油箱，3、空气滤清器，4、第一吸油过滤器，5、第一截止阀，6、第一变量泵，7、第一联轴器，8、第一电动机，9、液压表组件，10、测压接头，11、第一单向阀，12、第一溢流阀，13、水冷却器，14、回油过滤器，15、第二单向阀，16、第二吸油过滤器，17、伺服阀，18、双活塞杆液压缸，19、蓄能器支路，20、动压导轨，21、进油口，22、第二节流阀，23、第二溢流阀，24、第二变量泵，25、过滤器，26、液压油，27、第一节流阀，28、计算机，29、压力传感器，30、第三单向阀，31、第三溢流阀，32、第三截止阀，33、手动泵，34、第二截止阀，35、第三吸油过滤器，36、水平移动模块，37、第二电动机，38、电动机支架，39、第二联轴器，40、压紧螺母，41、角接触球轴承，42、滚珠丝杠螺母组件，43、滚珠丝杠，44、轴承I，45、弹性挡圈，46、静压导轨，47、右轴承支架，48、左轴承支架，49、垂直移动模块，50、立柱，51、滑块I，52、轴承II，53、滚珠丝杆，54、手柄，55、手柄支架，56、滑块II，57、连杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图2和3所示，一种机床液体静压导轨油膜厚度检测试验台，包括力发生装置和油膜厚度检测系统，所述力发生装置包括力伺服液压控制系统和移动模块，移动模块包括水平移动模块36和垂直移动模块49；
所述力伺服液压控制系统可包括力伺服液压控制回路和供油系统，所述力伺服液压控制回路包括依次连接的第二吸油过滤器16、伺服阀17和双活塞杆液压缸18；所述供油系统包括油箱2、供油回路和回油回路，所述供油回路包括依次连接的第一吸油过滤器4、第一截止阀5、第一变量泵6和第一单向阀11，所述第一变量泵6通过第一联轴器7与第一电动机8连接；所述回油回路包括依次连接的第一溢流阀12、水冷却器13和回油过滤器14，第一单向阀11与第二吸油过滤器16连接；
所述水平移动模块36包括第二电动机37、电动机支架38、滚珠丝杠43、动压导轨20、布置在底板上的静压导轨46以及安装在静压导轨46两端的左轴承支架48和右轴承支架47，动压导轨20安装在静压导轨46上，可相对静压导轨46左右移动；滚珠丝杠43穿过动压导轨20布置在静压导轨46的上方，滚珠丝杠43的左端连接有滚珠丝杠螺母组件42，滚珠丝杠螺母组件42通过压紧螺母40、角接触球轴承41安装在左轴承支架48，滚珠丝杠43的右端通过轴承I44安装在右轴承支架47上；第二电动机37通过电动机支架38安装在静压导轨46的左侧，且第二电动机37的转轴通过第二联轴器39与滚珠丝杠43的轴端连接；
所述垂直移动模块49包括手柄54、手柄支架55、滚珠丝杆53、滑块I51、滑块II56、连杆57和立柱50，手柄支架55安装在手柄54和滚珠丝杆53之间，用于支撑手柄；滚珠丝杆53一端与手柄54连接，另一端通过轴承II52与立柱50连接；滑块II56安装在滚珠丝杆53上，并可沿滚珠丝杆53左右移动，滑块I51安装在立柱50上，并可沿立柱50上下移动；滑块II56通过连杆57与滑块I51连接，立柱50布置在水平移动模块36中的底板上；
所述油膜厚度检测系统包括过滤器25、第二变量泵24、第二溢流阀23、第二节流阀22、压力传感器29、第一节流阀27和计算机28，过滤器25与第二变量泵24的进油口连接，第二变量泵24的出油口分别与第二溢流阀23、第二节流阀22连接，并通过第二节流阀22与动压导轨20上设置的进油口21连通；压力传感器29安装在动压导轨20下方，用于检测压力，并将检测到的压力信息传送给计算机28；动压导轨20内的油液经第一节流阀27流入油箱；
所述双活塞杆液压缸18固定安装在滑块I51上。
工作时，由过滤器25、第二变量泵24、第二溢流阀23、第二节流阀22、进油口21、动压导轨20、压力传感器29、第一节流阀27、液压油和计算机28构成的油膜厚度检测系统作为一个闭环检测系统，可以实时监测机床工作过程中静压导轨实际油膜厚度的大小。如图1所示，系统输入的力和压力传感器29输出的力的差值通过A/D转换器传递到计算机28，再通过D/A转换器，使得伺服阀17得电，使力伺服液压控制回路工作，控制伺服阀17的开口的大小和方向来驱动双活塞杆液压缸18的运动，进而对导轨施加载荷力。先使第一电动机8得电，通过第一联轴器7带动第一变量泵6工作，从油箱2中吸入液压油26，液压油26经过第一吸油过滤器4和第一截止阀5，然后液压油26经过第一单向阀11便可以进入三条液压回路；通过第一溢流阀12将多余的油液经过水冷却器13降温后，再经过回油过滤器14进入油箱2，第一溢流阀12为保持系统油液压力稳定。其中，计算机在对测试数据进行处理时，可将动、静导轨间隙通过显示屏显示出来，便于操作人员更直观的了解动、静导轨间隙。
如图4和图5所示，水平移动模块36的工作过程为：先使第二电动机37得电，通过第二联轴器39带动滚珠丝杠螺母组件转动，进而推动动压导轨20沿静压导轨46水平直线运动。电动机支架38对第二电动机37和第二联轴器39起支撑作用。第二联轴器39连接电动机的转轴和滚珠丝杠轴端，将电动机的驱动力传递给滚珠丝杠43。滚珠丝杠43上的压紧螺母34锁紧通丝外接头，采用螺母和螺栓之间的摩擦力进行自锁，锁紧轴承，消除间隙。滚珠丝杠43上的角接触球轴承41可同时承受径向负荷和轴向负荷，能在较高的转速下工作，并且接触角越大，轴向承载能力越高，可以保证传动精度又增加传递扭力。左轴承支架48用来支撑轴承，它能够承担径向载荷，可以用来固定轴使其只能实现转动，而控制其轴向和径向的移动。带法兰的滚珠丝杠螺母组件包括螺母、丝杠、密封环及滚珠，丝杠外周面设有螺旋状的滚珠滚动轨道，螺母内周面设有螺旋状的滚珠滚动凹槽，丝杠与螺母套合后滚珠滚动轨道与滚珠滚动凹槽形成一个容纳多个滚珠滚动的滚动通道，滚动通道由若干个回珠器分割成数段，滚珠在前后回珠器之间循环滚动，密封环位于螺母的两端将滚动通道的两端封闭，而且滚珠丝杠螺母一端设有与螺母固定连接的法兰，法兰与螺母作为一个整体与工件直接配合，减少了配合误差，使丝杠螺母平稳运行，进一步提高了丝杠螺母的使用寿命，法兰上有与装配工件轴向或纵向固接的连接孔，拆装方便，节约了另配螺母座套的材料。动压导轨20可以通过滚珠丝杠副的推动沿着静压导轨46做水平直线运动。轴承I44的设置可使滚珠丝杠正常的运转。弹性挡圈45的内径比装配轴径稍小，可以防止轴承发生不必要的轴向窜动。右轴承支架47起到支撑轴承的作用。
如图6和图7所示，垂直移动模块49的工作过程为：手柄54通过手摇提供驱动力。此驱动力驱动滚珠丝杆53，使其可以正反转动。手柄支架55安装在手柄54与滚珠丝杆53之间，对手柄54起到支撑的作用。滚珠丝杆53上安装的滑块II56的内孔结构效仿此前的滚珠丝杠螺母机构，从而滑块可以水平直线运动，轴承II52支撑着滚珠丝杠副。滑块I51和滑块II56的双滑块机构可以通过连杆57将水平运动转换成竖直运动。竖直运动时，滑块I51在立柱50上通过连杆57的驱动而滑动，滑块I51上固定的双活塞杆液压缸19随之一起作竖直运动；同时，通过控制伺服阀18的开口的大小和方向来驱动双活塞杆液压缸19的运动，实现对不同型号导轨施加载荷力。
作为本发明的进一步改进，所述供油系统还可增设与供油回路并连接的手动泵备用系统，所述手动泵备用系统包括手动泵33、第二截止阀34、第三吸油过滤器35和第三单向阀30，手动泵33与第三溢流阀31、第三截止阀32并联接，并联后的一端通过第三单向阀30与第一单向阀11和第二单向阀15的连接处连接，另一端通过第二截止阀34与第三吸油过滤器35连接，第三吸油过滤器35与油箱连接。当装置在工作过程中出现停电时，可操作手动泵33，油箱中的油液经过第三吸油过滤器35和第二截止阀34到达手动泵33，再经过第三单向阀30、第二吸油过滤器16进入伺服阀17，并经伺服阀17进入双活塞杆液压缸18，保证双活塞杆液压缸18可以正常工作。此时手动泵备用系统起备用作用，进一步保障了装置的稳定性，避免出现因停电而无法工作或引发其他状况的情况发生，整个装置的性能更可靠。
作为本发明的进一步改进，所述供油回路上还可设置有液压表组件9和测压接头10，液压表组件9和测压接头10与第一单向阀11和第一变量泵6的连接点连接。
作为本发明的进一步改进，还可在第二单向阀15和动压导轨20之间增设蓄能器支路19。蓄能器支路19一方面能够作为辅助动力源，另一方面还可对压力进行调节，用于系统的保压、吸收振动和冲击。当压力升高时，油液进入蓄能器，气体被压缩，系统管路压力不再上升；当管路压力下降时压缩空气膨胀，将油液压入回路，从而减缓管路压力的下降，避免压力波动。
由上述结构可见，本发明以双活塞杆液压缸18作为执行元件，采用力伺服液压控制，利用压力传感器实时监测动、静压导轨间间隙情况，水平移动模块可以使力发生装置沿着水平导轨直线运动；所述垂直移动模块可以对不同型号导轨添加载荷；所述油膜厚度检测系统装置是液体静压导轨间隙检测装置；本发明机床液体静压导轨油膜厚度检测试验台可以实时监测机床工作过程中静压导轨实际油膜厚度的大小。在工作时，本发明可以随意施加切削力，所述切削力的作用点可以通过水平、垂直移动装置进行改变。模拟作用力大小通过力伺服液压控制系统产生，切削力作用点通过水平和垂直移动模块改变。本发明可实时检测油膜厚度，试验台是评价液体静压导轨性能参数的手段、是确定机床液体静压导轨油膜厚度控制系统控制性能的实验设备、也是研究液体静压导轨油膜厚度控制策略的最有效设备，油膜厚度检测试验台对保持油膜厚度的稳定性具有重要意义。
上面所述仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
Claims (4)
1.一种机床液体静压导轨油膜厚度检测试验台，其特征在于，包括力发生装置和油膜厚度检测系统，所述力发生装置包括力伺服液压控制系统和移动模块，移动模块包括水平移动模块(36)和垂直移动模块(49)，
所述力伺服液压控制系统包括力伺服液压控制回路和供油系统，所述力伺服液压控制回路包括依次连接的第二吸油过滤器(16)、伺服阀(17)和双活塞杆液压缸(18)；所述供油系统包括油箱(2)、供油回路和回油回路，所述供油回路包括依次连接的第一吸油过滤器(4)、第一截止阀(5)、第一变量泵(6)和第一单向阀(11)，所述第一变量泵(6)通过第一联轴器(7)与第一电动机(8)连接；所述回油回路包括依次连接的第一溢流阀(12)、水冷却器(13)和回油过滤器(14)；
所述水平移动模块(36)包括第二电动机(37)、电动机支架(38)、滚珠丝杠(43)、动压导轨(20)、布置在底板上的静压导轨(46)以及安装在静压导轨(46)两端的左轴承支架(48)和右轴承支架(47)，动压导轨(20)安装在静压导轨(46)上，可相对静压导轨(46)左右移动；滚珠丝杠(43)穿过动压导轨(20)布置在静压导轨(46)的上方，滚珠丝杠(43)的左端连接有滚珠丝杠螺母组件(42)，滚珠丝杠螺母组件(42)通过压紧螺母(40)、角接触球轴承(41)安装在左轴承支架(48)，滚珠丝杠(43)的右端通过轴承I(44)安装在右轴承支架(47)上；第二电动机(37)通过电动机支架(38)安装在静压导轨(46)的左侧，且第二电动机(37)的转轴通过第二联轴器(39)与滚珠丝杠(43)的轴端连接；
所述垂直移动模块(49)包括手柄(54)、手柄支架(55)、滚珠丝杆(53)、滑块I(51)、滑块II(56)、连杆(57)和立柱(50)，手柄支架(55)安装在手柄(54)和滚珠丝杆(53)之间，用于支撑手柄；滚珠丝杆(53)一端与手柄(54)连接，另一端通过轴承II(52)与立柱(50)连接；滑块II(56)安装在滚珠丝杆(53)上，并可沿滚珠丝杆(53)左右移动，滑块I(51)安装在立柱(50)上，并可沿立柱(50)上下移动；滑块II(56)通过连杆(57)与滑块I(51)连接；
所述油膜厚度检测系统包括过滤器(25)、第二变量泵(24)、第二溢流阀(23)、第二节流阀(22)、压力传感器(29)、第一节流阀(27)和计算机(28)，过滤器(25)与第二变量泵(24)的进油口连接，第二变量泵(24)的出油口分别与第二溢流阀(23)、第二节流阀(22)连接，并通过第二节流阀(22)与动压导轨(20)上设置的进油口(21)连通；压力传感器(29)安装在动压导轨(20)下方，用于检测压力，并将检测到的压力信息传送给计算机(28)；动压导轨(20)内的油液经第一节流阀(27)流入油箱；
所述双活塞杆液压缸(18)固定安装在滑块I(51)上。
2.根据权利要求1所述的一种机床液体静压导轨油膜厚度检测试验台，其特征在于，所述供油系统还包括与供油回路并连接的手动泵备用系统，所述手动泵备用系统包括手动泵(33)、第二截止阀(34)、第三吸油过滤器(35)和第三单向阀(30)，手动泵(33)与第三溢流阀(31)、第三截止阀(32)并联接，并联后的一端通过第三单向阀(30)与第一单向阀(11)和第二单向阀(15)的连接处连接，另一端通过第二截止阀(34)与第三吸油过滤器(35)连接，第三吸油过滤器(35)与油箱连接。
3.根据权利要求1所述的一种机床液体静压导轨油膜厚度检测试验台，其特征在于，所述供油回路上还设置有液压表组件(9)和测压接头(10)，液压表组件(9)和测压接头(10)与第一单向阀(11)和第一变量泵(6)的连接点连接。
4.根据权利要求1所述的一种机床液体静压导轨油膜厚度检测试验台，其特征在于，还包括连接在第二单向阀(15)和动压导轨(20)之间的蓄能器支路(19)。
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