CN108127417A - 静压支承型大型精密机床横梁导轨结构及加工装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种静压支承型大型精密机床横梁导轨结构及其加工装配方法，结构中压板通过螺钉与滑座固定连接后一起骑跨在横梁上，滑座的上底面、铅垂侧面以及压板铅垂内侧面分别与横梁水平导轨面、垂直内侧导轨面和垂直外侧导轨面形成静压支承。装配时先以横梁为基准使横梁垂直内侧导轨面、水平导轨面和垂直外侧导轨面满足形位公差要求；后修刮滑座铅垂内侧面满足平面度和滑动导轨接触点数要求；再利用刮规修刮滑座上底面达接触点数要求；最后修刮滑座和压板的结合面和压板铅垂侧面，使之满足平面度要求和油膜间隙尺寸要求。本发明的结构及其加工装配方法是将加工余量落实在重量较轻和结合面积较小的压板上，容易满足装配工艺尺寸链技术要求。

Description

静压支承型大型精密机床横梁导轨结构及加工装配方法

技术领域

本发明涉及一种用于大型机床的横梁导轨结构及其加工装配方法，尤其是一种适用于大型精密磨床的横梁导轨静压结构及其加工装配方法。

背景技术

大型精密机床由于结构笨重，加工零件时不仅要求机床具有较高的精度稳定性，还要求机床具有很高的结构刚性。针对不同的大型零件，国内不少机床厂家研制了相应的精密加工设备，大多数结构采用的是滚动导轨结构，加工精度稳定性和机床可靠性差，大修时周期长。

作为大型精密机床产品的核心部件——横梁导轨，在工作过程中横梁不仅承受滑座传递过来的重力，而且还承受传递过来的力矩，如果结构工艺性不好，会大大影响机床的加工精度和稳定性。由于液体静压导轨运动速度的变化和载荷的变化对油膜厚度的影响很小、摩擦系数很小、油膜抗振性好、油膜具有均化误差等优点，机床承载能力较大、刚度较好、精度保持性好、低速运动平稳不易产生爬行，从而加工精度高。近年来，国内在各种结构设计和方案中采用了液体静压导轨结构，有的还配置了德国HYPROSTATIK公司的专利产品PM流量控制器来对静压进行控制调节。由于PM流量控制器的输出流量随着静压油腔压力的增加而增加，因而系统的刚性比毛细管系统高得多，预载刚性也更好，有利于保证加工的精度，很受机床用户欢迎；但是它能控制的油膜间隙公差很小，一般在5～10μm左右，造成加工装配难度很大。

在上述研究背景下，有必要充分利用静压导轨的优点，综合考虑零件的加工和装配工艺性来简化机床的加工和装配，开发一种适用于大型精密机床横梁静压导轨结构，并提出容易保证装配精度的加工装配工艺方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种静压支承型大型精密机床横梁导轨结构，并且提供一种装配简便、容易满足装配工艺技术要求的装配方法。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：一种静压支承型大型精密机床横梁导轨结构,包括横梁、压板、滑座，所述压板通过螺钉固定连接在滑座的外侧面A上，并一起骑跨在横梁上，所述滑座在与横梁的侧面接触的铅垂侧面G内开设有四个油腔，且四个油腔处在同一铅垂侧面G内，所述滑座的上底面C内开设有两个油腔，且两个油腔处在同一下底面C内；所述压板的铅垂内侧面B内开有两个油腔，且两个油腔处在同一铅垂内侧面B内；八个所述油腔均具有封油边，并在封油边内部开设有进油口，进油口通过连接油路连接静压润滑系统，由静压润滑系统经连接油路向进油口供油，使滑座的水平面上的两个油腔所在的上底面C、铅垂面上的四个油腔所在的铅垂侧面G、以及压板的铅垂面内的两个油腔所在的铅垂内侧面B分别与横梁上的水平导轨面D、垂直内侧导轨面E和垂直外侧导轨面F之间形成静压润滑支承。

所述连接油路中设有可以调节油腔压力的节流器。

一种静压支承型大型精密机床横梁导轨结构的加工装配方法，具步骤为：第一步，精加工横梁上的两条凸起的平面，使之处在同一垂直内侧导轨面E内，并满足平面度要求；

第二步，以横梁上加工完成的垂直内侧导轨面E为基准，修刮横梁上的水平导轨面D和垂直外侧导轨面F，使之满足各自的平面度要求以及与垂直内侧导轨面E的垂直度或平行度形位公差技术要求；

第三步，修刮滑座铅垂面内四个油腔的封油边，使之处在同一铅垂侧面G内并满足平面度要求以及滑动导轨副所需的接触点数要求；

第四步，修刮内直角刮规内直角所在的内水平面H和内垂直面P，使之内直角所在的内水平面H和内垂直面P与横梁的水平导轨面D和垂直内侧导轨面E满足接触点数要求；

第五步，修刮外直角刮规外直角所在的外水平面M和外垂直面N，使之外直角所在的外水平面M和外垂直面N与内直角刮规的内水平面H和内垂直面P满足接触点数要求；

第六步，利用外直角刮规外直角所在的外水平面M和外垂直面N修刮滑座的上底面C，使之外水平面M和外垂直面N分别与滑座的上底面C和铅垂侧面G分别满足接触点数要求；

第七步，修刮滑座上的外侧面A，使之满足平面度要求，同时还满足与横梁的铅垂侧面G面的平行度要求和油膜间隙所需距离的要求；

第八步，修刮压板的铅垂内侧面B，使之满足平面度要求；

第九步，将压板通过螺钉固定到滑座的螺钉孔上，利用测量压板上的两个油腔与滑座上的两个油腔形成的两对油腔的对置压力，根据对置油腔的油膜压力情况，修刮压板上两个油腔的封油面或修刮压板的铅垂内侧面B与滑座的外侧面A连接的对应部分，修刮余量以满足油膜压力技术要求为准。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的压板通过螺钉与滑座的螺钉孔固定连接形成一个整体后与横梁形成了静压润滑支承结构，不仅利用了静压导轨具有精度保持性好、摩擦系数低的特点，还简化了装配的难度。本发明的结构起吊方便，修刮容易，很容易满足机床所要求的装配精度。

附图说明

图1是本发明的静压支承型大型精密机床横梁导轨结构侧视图；

图2是滑座F向视图，并示意性的画出了静压润滑连接部分；

图3是利用横梁修刮内直角刮规内直角的位置示意图；

图4是内直角刮规和外直角刮规对研刮削示意图；

图5是图4的左视图；

图6是利用外直角刮规修刮滑座内直角的位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2和图4，5所示，本发明的静压支承型大型精密机床横梁导轨结构及其加工装配方法，其结构包括横梁1、压板2、滑座3，压板2通过螺钉在滑座3的外侧面A的螺钉孔和滑座3固定连接，并一起骑跨在横梁1上；滑座3在与横梁1侧面接触的铅垂侧面G内开设有第三至第八油腔Z3、Z4、Z7、Z8，加工后使第三至第八油腔Z3、Z4、Z7、Z8处在同一平面的铅垂侧面G内，在滑座3的上端下底面内开设有第一油腔Z1和第二油腔Z2，第一油腔Z1和第二油腔Z2处在同一平面的上底面C内；在压板2的铅垂内侧面B内开有第五Z5油腔和第六油腔Z6，第五Z5油腔和第六油腔Z6处在同一平面的铅垂内侧面B内。上述第一至第八油腔Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7和Z8的八个油腔都具有封油边，并在其内部开设有进油口，静压润滑系统经油路向进油口供油，同时在连接油路中设有可以调节油腔压力的节流器，装配时压板2和横梁1间留有间隙，经静压润滑系统供油后，滑座3铅垂面上第三至第八油腔Z3、Z4、Z7、Z8的四个油腔所在的铅垂侧面G、水平面上第一油腔Z1和第二油腔Z2的两个油腔所在的上底面C以及压板2铅垂面内第五Z5油腔和第六油腔Z6的两个油腔所在的铅垂内侧面B分别与横梁1上的水平导轨面D、垂直内侧导轨面E和垂直外侧导轨面F就可形成了液体润滑状态，也就是说，它们形成了静压润滑支承。

上述大型机床用横梁导轨结构，由于每个零件很重，为了达到“GB/T25373-2010金属切削机床装配通用技术条件”静压导轨油腔封油边的接触点数技术要求，实施如下的加工装配步骤就容易达到，具体方法如下：

第一步，根据该结构的特点，横梁是装配基准件。为了减少加工面积，横梁1上设置了两条凸起4，5，精加工这两条凸起4，5的平面使它们处在同一垂直内侧导轨面E，以节流器给定的油膜间隙公差10μm为基准，使垂直内侧导轨面E的平面度满足装配工艺尺寸链完全互换法求出的2μm技术要求。

第二步，以垂直内侧导轨面E为基准修刮水平导轨面D和垂直外侧导轨面F，使它们满足各自的平面度2μm的要求，同时满足与垂直内侧导轨面E的垂直度2μm或平行度2μm等形位公差技术要求。

第三步，将滑座3放平，让第三至第八油腔Z3、Z4、Z7、Z8的四个油腔水平向上，利用水平仪将滑座2粗调水平。利用直尺刮规修刮四个油腔的封油边，由于直尺刮规容易在两端对研而磨损，这四个油腔所在的平面不容易满足平面度要求。先以第四油腔Z4为基准点采用测量直尺测量第四油腔Z4与第八油腔Z8、第四油腔Z4与第七油腔Z7、第四油腔Z4与第三油腔Z3三个方向的直线度，给出哪个地方是高点子；之后改用高精度平板对研四个油腔的封油边，将对研出的高点子修刮掉。采用上述方法修刮几个来回，使四个油腔的封油边满足平面度2μm的要求，同时还要满足静压导轨副所需的接触点数要求。

第四步，先修刮内直角刮规11内直角所在的内水平面H和内垂直面P，再将内水平面H和内垂直面P与横梁1的水平导轨面D和垂直内侧导轨面E进行对研(如图3所示)，精刮内水平面H和内垂直面P，这样刮削后的内水平面H和内垂直面P与横梁1满足接触点数要求。

第五步，先修刮外直角刮规12外直角所在的外水平面M和外垂直面N，再按图4，5所示将外直角刮规12外直角所在的外水平面M和外垂直面N与内直角刮规11内直角所在的内水平面H和内垂直面P进行对研，精刮外水平面M和外垂直面N，使它们之间的接触点数满足技术要求。

第六步，利用外直角刮规12外直角所在的外水平面M和外垂直面N与滑座3的内直角进行对研(如图6所示)，由于滑座3的铅垂侧面G已经做好，这里只需修刮滑座3的上底面C，修刮后使滑座3的上底面C和外直角刮规满足接触点数技术要求。

第七步，以滑座3的铅垂侧面G为基准，修刮滑座3的外侧面A，使外侧面A满足平面度2μm的技术要求和与铅垂侧面G的平行度2μm要求。同时为了满足静压润滑油膜间隙的距离要求，在修刮过程中利用数显高度尺测量外侧面A和铅垂侧面G的距离，刮削余量最终使外侧面A和铅垂侧面G的距离尺寸比横梁1的垂直内侧导轨面E和垂直外侧导轨面F的距离尺寸大油膜间隙所要求的距离。

第八步，修刮压板2的铅垂内侧面B，使第五、六油腔Z5、Z6所在封油边和压板2与滑座3连接的结合面处在同一平面内，使它们一起满足平面度2μm的要求和结合面点数要求。这里要注意的是固定结合面和滑动结合面对接触点数有不同的要求，还要考虑螺钉连接时对刮削点子的技术要求。

第九步，将压板2通过螺钉固定到滑座3的外侧面A的螺钉孔中。由于油膜间隙难以测量，这里在压板2的第五、六油腔Z5、Z6与滑座3的第三、四油腔Z3、Z4的连接油路上外接油压表，通过测量油腔压力来反应油膜间隙的大小对压板2进行修刮调整。如果对置油腔的油膜压力较大，表明间隙比设计要求小，这时就需修刮压板2的第五、六油腔Z5、Z6的封油面；如果油膜压力较小，表明间隙比设计要求大，这时就需修刮压板2与滑座3的外侧面A连接的结合面部分。

本发明是采用压板通过螺钉和滑座连接后骑跨在横梁上的静压支承导轨结构，简化了结构设计的难度；通过采用静压支承的结构，提升了横梁横向运动的精度保持性，很容易避免爬行现象；通过对结构的分解，将调整油膜间隙的加工余量落实在重量较轻和面积较小的压板上，不仅起吊方便，而且修刮容易，容易满足装配工艺尺寸链技术要求。本发明的结构简单，装配工艺难度低，容易满足机床所要求的装配精度，具有广泛的使用前景。

Claims (3)

1.一种静压支承型大型精密机床横梁导轨结构, 包括横梁(1)、压板(2)、滑座(3)，其特征在于：所述压板(2)通过螺钉固定连接在滑座(3)的外侧面A上，并一起骑跨在横梁(1)上，所述滑座(3)在与横梁(1)的侧面接触的铅垂侧面G内开设有四个油腔，且四个油腔处在同一铅垂侧面G内，所述滑座(3)的上底面C内开设有两个油腔，且两个油腔处在同一下底面C内；所述压板(2)的铅垂内侧面B内开有两个油腔，且两个油腔处在同一铅垂内侧面B内；八个所述油腔均具有封油边，并在封油边内部开设有连接进油口，进油口通过连接油路连接静压润滑系统，由静压润滑系统经连接油路向进油口供油，使滑座(3)的水平面上的两个油腔所在的上底面C、铅垂面上的四个油腔所在的铅垂侧面G、以及压板(2)的铅垂面内的两个油腔所在的铅垂内侧面B分别与横梁(1)上的水平导轨面D、垂直内侧导轨面E和垂直外侧导轨面F之间形成静压润滑支承。

2.根据权利要求1所述的静压支承型大型精密机床横梁导轨结构，其特征在于：所述连接油路中设有可以调节油腔压力的节流器。

3.一种权利要求1或2所述的静压支承型大型精密机床横梁导轨结构的加工装配方法，其特征在于，具体步骤为：

第一步，精加工横梁（1）上的两条凸起的平面，使之处在同一垂直内侧导轨面E内，并满足平面度要求；

第二步，以横梁（1）上加工完成的垂直内侧导轨面E为基准，修刮横梁（1）上的水平导轨面D和垂直外侧导轨面F，使之满足各自的平面度要求以及与垂直内侧导轨面E的垂直度或平行度形位公差技术要求；

第三步，修刮滑座（3）铅垂面内四个油腔的封油边（7），使之处在同一铅垂侧面G内并满足平面度要求以及滑动导轨副所需的接触点数要求；

第四步，修刮内直角刮规（11）内直角所在的内水平面H和内垂直面P，使之内直角所在的内水平面H和内垂直面P与横梁（1）的水平导轨面D和垂直内侧导轨面E满足接触点数要求；

第五步，修刮外直角刮规（12）外直角所在的外水平面M和外垂直面N，使之外直角所在的外水平面M和外垂直面N与内直角刮规（11）的内水平面H和内垂直面P满足接触点数要求；

第六步，利用外直角刮规（12）外直角所在的外水平面M和外垂直面N修刮滑座（3）的上底面C，使之外水平面M和外垂直面N分别与滑座（3）的上底面C和铅垂侧面G分别满足接触点数要求；

第七步，修刮滑座（3）上的外侧面A，使之满足平面度要求，同时还满足与横梁（1）的铅垂侧面G面的平行度要求和油膜间隙所需距离的要求；

第八步，修刮压板（2）的铅垂内侧面B，使之满足平面度要求；

第九步，将压板（2）通过螺钉固定到滑座（3）的螺钉孔（8）上，利用测量压板（2）上的两个油腔与滑座（3）上的两个油腔形成的两对油腔的对置压力，根据对置油腔的油膜压力情况，修刮压板（2）上两个油腔的封油面或修刮压板（2）的铅垂内侧面B与滑座（3）的外侧面A连接的对应部分，修刮余量以满足油膜压力技术要求为准。