CN112628287A - 节流器、空气静压导轨及空气静压导轨控制系统 - Google Patents

节流器、空气静压导轨及空气静压导轨控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种节流器，所述节流器包括呈柱状且中空设置的节流外壳、截面呈T型的节流柱塞、弹性环片，所述节流柱塞包括呈柱状的柱塞体、设置在所述柱塞体一端的底板，所述节流外壳一端自内壁向外凹陷设置以形成收容部，所述底板靠近所述节流外壳的一侧的中部朝向远离所述节流外壳的一侧凹陷，以形成气腔，所述弹性环片的外部凸伸入所述收容部，且上方与所述节流外壳抵持，所述弹性环片的内部的下方与所述底板的上端抵持。本发明的节流器，通过设置弹性环片，从而实现在轴向的自由度调节。

Description

节流器、空气静压导轨及空气静压导轨控制系统
技术领域
本发明涉及一种节流器、空气静压导轨及空气静压导轨控制系统。
背景技术
空气静压导轨由于其摩擦因数小，工作寿命长，温度分布均匀的特性被广泛应用，对静压轴承的精度和刚度也提出了更高的要求。由于空气静压轴承的加工精度已逐渐趋近极限，而随着测量技术和控制技术的不断发展，传感器和驱动器的性能不断提高、尺寸进一步的小型化、成本不断下降，使得通过主动控制来进一步提高空气静压导轨的精度成为可能。
另外，现有节流器的成本较高，具体表现在电容距离传感器和压电陶瓷传感器的成本较高。
有鉴于此，有必要对现有的节流器及空气静压导轨予以改进，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种节流器，以解决现有现有空气静压导轨精度不高的问题，及现有节流器成本过高的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种节流器，所述节流器包括呈柱状且中空设置的节流外壳、截面呈T型的节流柱塞、弹性环片，所述节流柱塞包括呈柱状的柱塞体、设置在所述柱塞体一端的底板，所述节流外壳的一端向外凸伸有开口，所述节流外壳远离所述开口的一端自内壁向外凹陷设置以形成收容部，所述柱塞体凸伸入所述开口，所述底板与所述节流外壳远离所述开口的一端抵持，所述底板靠近所述节流外壳的一侧的中部朝向远离所述节流外壳的一侧凹陷，以形成气腔，所述节流柱塞内设有通气道，所述通气道靠近所述开口的一侧设有与所述通气道连通的进气口、靠近所述底板的一侧设有与所述通气道连接的节流口，所述弹性环片的外部凸伸入所述收容部，且上方与所述节流外壳抵持，所述弹性环片的内部的下方与所述底板的上端抵持。
作为本发明的进一步改进，所述所述节流器包括环绕设置在所述节流柱塞外部的音圈电机线圈、设置在所述节流外壳内壁设有与所述音圈电机线圈间隔设置的音圈电机磁铁。
作为本发明的进一步改进，所述底板自形成气腔的一侧向内凹陷形成压力测量孔，所述压力测量孔内设有压力传感器。
作为本发明的进一步改进，所述节流外壳上开设有出线口。
作为本发明的进一步改进，所述柱塞体远离所述底板的一侧与所述节流外壳之间设有密封圈。
本发明还提供一种空气静压导轨，所述空气静压导轨包括滑块、设置在所述滑块两侧的滑轨、如上述的节流器，所述滑块的上部两侧为向内倾斜设置的上斜面，所述滑块的下部两侧为向内倾斜设置的下斜面，所述滑轨与所述滑块之间的距离相等，所述节流器设置在所述滑轨内，且节流口朝向所述上斜面和所述下斜面设置，所述滑轨上开设有用以与所述进气口连通的进气道。
作为本发明的进一步改进，所述空气静压导轨还包括安装底板，所述滑轨固定在所述安装板上。
作为本发明的进一步改进，所述空气静压导轨还包括光栅尺读数头和光栅尺尺条，所述光栅尺读数头安装在滑块上、光栅尺尺条安装在安装底板上。
本发明还提供一种空气静压导轨控制系统，所述空气静压导轨控制系统包括如上述的空气静压导轨、用以向所述空气静压导轨内的节流器供气的气控箱、与所述空气静压导轨及气控箱电性连接的上位机。
本发明还提供所述节流器包括环绕设置在所述节流柱塞外部的音圈电机线圈、设置在所述节流外壳内壁设有与所述音圈电机线圈间隔设置的音圈电机磁铁，所述空气静压导轨控制系统包括与所述音圈电机线圈电性连接的电机驱动器。
本发明的有益效果是：本发明的节流器，通过设置弹性环片，从而实现在轴向的自由度调节；通过设置压力传感器测试气腔压力，负载测量更直观，并且可以反推气膜间隙，比常见的电容测距传感器直观且便宜。
附图说明
图1是本发明的节流器的结构示意图；
图2是本发明的空气静压导轨的结构示意图；
图3是本发明的空气静压导轨控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1至图3所示，本发明的节流器100包括呈柱状且中空设置的节流外壳1、截面呈T型的节流柱塞2、弹性环片3、音圈电机线圈4、音圈电机磁铁5。
所述节流外壳1的一端向外凸伸有开口11，所述节流外壳1远离所述开口11的一端自内壁向外凹陷设置以形成收容部12，所述节流外壳1上开设有出线口13。所述节流外壳1中空设置。
所述节流柱塞2包括呈柱状的柱塞体21、设置在所述柱塞体21一端的底板22、通气道23。
所述通气道23设置在所述节流柱塞2内部，并贯穿所述柱塞体21。所述通气道23靠近所述开口11的一侧设有与所述通气道23连通的进气口231、靠近所述底板22的一侧设有与所述通气道23连接的节流口232，空气自所述进气口231进入，从所述节流口232排出，从而实现节流效果。本实施例中，所述节流口232的直径为35um。
所述柱塞体21凸伸入所述开口11，所述底板22与所述节流外壳1远离所述开口11的一端抵持，所述底板22靠近所述节流外壳1的一侧的中部朝向远离所述节流外壳1的一侧凹陷，以形成气腔222。所述柱塞体21远离所述底板22的一侧与所述节流外壳1之间设有密封圈24，从而可以方可以防止空气从所述节流外壳1和所述柱塞体21之间进入。
所述弹性环片3的外部凸伸入所述收容部12，且上方与所述节流外壳1抵持，所述弹性环片3的内部的下方与所述底板22的上端抵持。
本实施例中，所述气腔222的高度为20um，所述弹性环片3采用弹簧钢制成，以在厚度方向上具有弹性，这样在厚度方向上，所述节流柱塞2在轴向上有20um的位移。
所述音圈电机线圈4环绕设置在所述节流柱塞2外部，所述音圈电机磁铁5设置在所述节流外壳1内壁且与所述音圈电机线圈4间隔设置，通过给音圈电机磁铁5喝所述音圈电机线圈4供电，从而可以改变节流柱塞2相对所述节流外壳1的位置。
所述底板22自形成气腔222的一侧向内凹陷形成压力测量孔221，所述压力测量孔221内设有压力传感器223。
本发明还提供了一种空气静压导轨200，所述空气静压导轨200包括滑块201、设置在所述滑块201两侧的滑轨202、如上述的节流器100、安装底板203、光栅尺读数头204和光栅尺尺条205。
所述滑轨202固定在所述安装底板203上。所述光栅尺读数头204安装在滑块201上、光栅尺尺条205安装在安装底板203上。
所述滑块201的上部两侧为向内倾斜设置的上斜面206，所述滑块201的下部两侧为向内倾斜设置的下斜面207，以使得两侧均形成V型面，上下互为预载，减少了零件个数。
设置使得滑轨202凸伸入滑块201的V型面，所述滑轨202与所述滑块201之间的距离相等，设定所述滑轨202与所述滑块201之间的距离为ho。
所述节流器100设置在所述滑轨202内，且节流口232朝向所述上斜面206和所述下斜面207设置，所述节流器100的数量为多个。通过设置V型面，可以实现水平和垂直两个方向的导向。所述滑轨202上开设有用以与所述进气口231连通的进气道208，所述进气道208贯穿所述滑轨202，所述进气道208的数量与节流器100的数量相等，以为每个所述节流器单独供气。
所述节流器100中的压力传感器223和所述音圈电机线圈4通过导线连接到所述滑轨202的外侧。
进一步的，本发明还提供一种空气静压导轨控制系统300包括如上述的空气静压导轨200、用以向所述空气静压导轨200内的节流器100供气的气控箱301、与所述空气静压导轨200及气控箱301电性连接的上位机302、与所述音圈电机线圈4电性连接的电机驱动器303、与所述上位机302和压力传感器223电性连接的数据采集卡304。
进一步的，所述上位机302还与所述光栅尺读数头204电性连接。
所述气控箱301与所述节流器100的进气口231连通，以提供空气，设定进气压力为Ps并将进气压力Ps数据传送至上位机302；所述数据收集卡采集所述压力传感器223的数值Po，即为气腔222内的气压，并传送至上位机302；上位机302通过Po的数据，计算出每个节流器100处的实际气膜间隙h，并通过与理想气膜间隙ho的对比，计算得出差值△h＝h-ho。所述上位机302将△h发送给电机驱动器303，所述电机驱动器303控制对应节流器100中的音圈电机，推动节流柱塞2运行△h的行程，从而完成节流器100气膜间隙的动态补偿，通过补偿气膜间隙，保证了静压导轨的负载和刚度。
进一步，通过光栅尺读数头204、光栅尺尺条205，在整个导轨上预先标定所述滑块201的误差(包括加工误差和装配误差)△s，建立所述滑块201的运动误差与位移的参数表。在所述滑块201运行时，所述上位机302通过光栅尺读数头204反馈回的位移值，查询参数表获得所述导轨的误差△s，分别计算所述滑块201与一侧导轨的间隙h1，所述滑块201与另一侧导轨的间隙h2，并根据△s＝(h1-ho)+(ho-h2)＝△h1+△h2，计算出所述导轨两侧对应节流器100的补偿位移△h1、△h2，并根据新的h1、h2值算得一侧导轨的节流器100的进气压力Ps1、另一侧导轨对应的节流器100的进气压力Ps2。所述上位机302分别控制气控箱301调节进气压力至Ps1、Ps2，同时分别下发补偿位移△h1、△h2至电机驱动器303驱动所述节流器100中的音圈电机线圈4进行位移补偿，同时通过数据采集卡304收集各节流器100中的压力传感器223值Po反馈调节情况，实现闭环控制。从而完成一次受控的气膜间隙调节过程，从而实现了静压导轨负载、刚度、运动精度三个指标的动态调节。
本发明的节流器，通过设置弹性环片3，从而实现在轴向的自由度调节；通过设置压力传感器223测试气腔222压力，负载测量更直观，并且可以反推气膜间隙，比常见的电容测距传感器直观且便宜；采用音圈电机线圈4和音圈电机磁铁5作为驱动部件，更易定制化，比常见的压电陶瓷更便宜；本发明的空气静压导轨200，采用V型面贴合的方式，互为预载，减少了零件个数；通过设置进气道208，实现了每个节流器100单独供气，为后续动态调整实现了物理基础；本发明的空气静压导轨控制系统300，采用气腔压力作为反馈，通过光栅尺尺条的读数进行误差标定、调节气压和气膜间隙，实现了刚度、负载、精度的三项指标调节，优于一般的补偿方法。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种节流器，其特征在于：所述节流器包括呈柱状且中空设置的节流外壳、截面呈T型的节流柱塞、弹性环片，所述节流柱塞包括呈柱状的柱塞体、设置在所述柱塞体一端的底板，所述节流外壳的一端向外凸伸有开口，所述节流外壳远离所述开口的一端自内壁向外凹陷设置以形成收容部，所述柱塞体凸伸入所述开口，所述底板与所述节流外壳远离所述开口的一端抵持，所述底板靠近所述节流外壳的一侧的中部朝向远离所述节流外壳的一侧凹陷，以形成气腔，所述节流柱塞内设有通气道，所述通气道靠近所述开口的一侧设有与所述通气道连通的进气口、靠近所述底板的一侧设有与所述通气道连接的节流口，所述弹性环片的外部凸伸入所述收容部，且上方与所述节流外壳抵持，所述弹性环片的内部的下方与所述底板的上端抵持。
2.根据权利要求1所述的节流器，其特征在于：所述所述节流器包括环绕设置在所述节流柱塞外部的音圈电机线圈、设置在所述节流外壳内壁设有与所述音圈电机线圈间隔设置的音圈电机磁铁。
3.根据权利要求1所述的节流器，其特征在于：所述底板自形成气腔的一侧向内凹陷形成压力测量孔，所述压力测量孔内设有压力传感器。
4.根据权利要求1所述的节流器，其特征在于：所述节流外壳上开设有出线口。
5.根据权利要求1所述的节流器，其特征在于：所述柱塞体远离所述底板的一侧与所述节流外壳之间设有密封圈。
6.一种空气静压导轨，其特征在于：所述空气静压导轨包括滑块、设置在所述滑块两侧的滑轨、如权利要求1-5任意一项所述的节流器，所述滑块的上部两侧为向内倾斜设置的上斜面，所述滑块的下部两侧为向内倾斜设置的下斜面，所述滑轨与所述滑块之间的距离相等，所述节流器设置在所述滑轨内，且节流口朝向所述上斜面和所述下斜面设置，所述滑轨上开设有用以与所述进气口连通的进气道。
7.根据权利要求6所述的空气静压导轨，其特征在于：所述空气静压导轨还包括安装底板，所述滑轨固定在所述安装板上。
8.根据权利要求7所述的空气静压导轨，其特征在于：所述空气静压导轨还包括光栅尺读数头和光栅尺尺条，所述光栅尺读数头安装在滑块上、光栅尺尺条安装在安装底板上。
9.一种空气静压导轨控制系统，其特征在于：所述空气静压导轨控制系统包括如权利要求6-8任意一项所述的空气静压导轨、用以向所述空气静压导轨内的节流器供气的气控箱、与所述空气静压导轨及气控箱电性连接的上位机。
10.根据权利要求9所述的空气静压导轨控制系统，其特征在于：所述节流器包括环绕设置在所述节流柱塞外部的音圈电机线圈、设置在所述节流外壳内壁设有与所述音圈电机线圈间隔设置的音圈电机磁铁，所述空气静压导轨控制系统包括与所述音圈电机线圈电性连接的电机驱动器。
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