專利名稱：垂向閉式靜壓導(dǎo)軌垂直度誤差調(diào)整裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)床的導(dǎo)軌垂直度誤差調(diào)整裝置，尤其是涉及一種垂向閉式靜壓導(dǎo)軌垂直度誤差調(diào)整裝置。
背景技術(shù)：
在精密機(jī)床中，液體靜壓支撐技術(shù)因剛性好、耐沖擊、耐磨損和精度保持性好等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。特別是在精密機(jī)床水平方向的導(dǎo)軌裝置中，液體靜壓支撐技術(shù)更得到較普遍的應(yīng)用，其中尤以閉式靜壓導(dǎo)軌居多。一般情況下，機(jī)床水平方向的載荷較為平穩(wěn)，不承受顛覆力矩，或承受的顛覆力矩較小，此時，靜壓導(dǎo)軌的剛性能保證機(jī)床在水平方向獲得良好的幾何精度。同時，水平方向的閉式靜壓導(dǎo)軌通常兩側(cè)供給相同壓力的流體，并通過節(jié)流裝置調(diào)節(jié)兩側(cè)的流量以控制液膜對導(dǎo)軌的支撐力，最終達(dá)到支撐平衡。但在垂向?qū)к壗Y(jié)構(gòu)中，由于載荷作用方向影響，開式靜壓導(dǎo)軌的應(yīng)用受到限制，而在精密機(jī)床中只能使用閉式靜壓導(dǎo)軌。垂向?qū)к壴诰軝C(jī)床中一般只承受單側(cè)的載荷作用，易形成顛覆力矩，引起導(dǎo)軌發(fā)生偏離垂向的傾斜，供而影響精密機(jī)床的幾何精度和加工精度，特別是在供行微量材料去除的精密加工中，這種影響尤其明顯。因此，在精密機(jī)床的垂向方向使用閉式靜壓導(dǎo)軌， 必須解決靜壓導(dǎo)軌因單側(cè)顛覆力矩引起的垂直度誤差問題。對中國專利的檢索發(fā)現(xiàn)，在中國專利CN200710070272中公開了一種液體靜壓導(dǎo)軌的直線度調(diào)節(jié)方法，但仍缺乏解決垂向閉式靜壓導(dǎo)軌抵抗顛覆力矩作用的裝置和方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決精密機(jī)床垂向閉式液體靜壓導(dǎo)軌由于單側(cè)承受顛覆力矩而剛性不足引起的垂直度誤差過大等問題，提供一種可實時檢測垂向?qū)к壍拇怪倍日`差， 并給予及時響應(yīng)，從而實現(xiàn)在精密機(jī)床垂向?qū)蜓b置中閉式靜壓導(dǎo)軌垂直度的精確控制的垂向閉式靜壓導(dǎo)軌垂直度誤差調(diào)整裝置。本發(fā)明設(shè)有垂向閉式靜壓導(dǎo)軌裝置、外置動態(tài)重力平衡裝置和壓力傳感檢測控制單元；所述垂向閉式靜壓導(dǎo)軌裝置設(shè)有立柱導(dǎo)軌和滑塊導(dǎo)軌，所述滑塊導(dǎo)軌兩側(cè)與立柱導(dǎo)軌呈間隙配合，滑塊導(dǎo)軌通過靜壓回油管與油池相連，滑塊導(dǎo)軌兩側(cè)邊的前面和后面分別設(shè)有前靜壓油腔和后靜壓油腔，前靜壓油腔和后靜壓油腔分別設(shè)置左上方前后靜壓油腔供油口、右上方前后靜壓油腔供油口、左下方前后靜壓油腔供油口、右下方前后靜壓油腔供油口 ；所述外置動態(tài)重力平衡裝置設(shè)有外置后油缸、外置前油缸、供油控制閥、回油控制閥、外置前油缸供油管、外置前油缸回油管、外置后油缸供油管和外置后油缸回油管，外置前油缸和外置后油缸分別固定于主軸箱上側(cè)和電機(jī)下側(cè)，外置前油缸和外置后油缸的重心與主軸箱的重心、電機(jī)的重心共面；所述壓力傳感檢測控制單元設(shè)有壓力檢測模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，壓力檢測模塊與滑塊導(dǎo)軌左上方前后靜壓油腔的供油管相連，數(shù)據(jù)處理模塊內(nèi)置于數(shù)控系統(tǒng)中。所述外置前油缸和外置后油缸均可采用蜂窩狀結(jié)構(gòu)；所述外置前油缸設(shè)有外置前油缸上腔、外置前油缸中腔和外置前油缸下腔；所述外置后油缸設(shè)有外置后油缸上腔、外置后油缸中腔和外置后油缸下腔。外置前油缸上腔和外置后油缸上腔與供油管相連，所述外置前油缸上腔和外置后油缸上腔的底面采用球面結(jié)構(gòu)，外置前油缸上腔的底面與外置前油缸中腔的頂面相通；外置后油缸上腔的底面與外置后油缸中腔的頂面相通；所述外置前油缸中腔和外置后油缸中腔均設(shè)有多個正方體油腔，正方體油腔通過各面開出的多個小油孔與周圍正方體油腔相通；所述外置前油缸下腔和外置后油缸下腔與回油管相連，所述外置前油缸下腔和外置后油缸下腔的內(nèi)部采用整體式結(jié)構(gòu)，所述外置前油缸下腔和外置后油缸下腔的頂面與外置前油缸中腔和外置后油缸中腔的底面相通。本發(fā)明對兩個外置油缸采取統(tǒng)一控制結(jié)構(gòu)，通過增加供油控制閥和回油控制閥兩個裝置，實現(xiàn)了兩個外置油缸共用一套供油回油系統(tǒng)，代替了傳統(tǒng)電機(jī)單線控制每個外置油缸的供油與回油的方式。將滑塊導(dǎo)軌的垂直度誤差轉(zhuǎn)換為壓力信號，工作過程中，壓力檢測模塊實時檢測滑塊導(dǎo)軌左上方前后兩靜壓油腔附近的壓力，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，如果左上方前后兩靜壓油腔壓力差超出一定范圍，數(shù)據(jù)處理模塊將控制供油控制閥和回油控制閥，調(diào)節(jié)兩外置油缸的供油和回油，從而控制各外置油缸中的油量，使滑塊導(dǎo)軌獲得一個與所受顛覆力矩相反方向的回復(fù)力矩，完成垂向?qū)к壯b置的垂直度誤差調(diào)整。本發(fā)明包括垂向閉式靜壓導(dǎo)軌裝置、外置動態(tài)重力平衡裝置、壓力傳感檢測控制單元。其中垂向閉式靜壓導(dǎo)軌裝置包括立柱導(dǎo)軌、滑塊導(dǎo)軌等?；瑝K導(dǎo)軌與兩側(cè)邊的凹形的立柱導(dǎo)軌呈間隙配合，滑塊導(dǎo)軌有8個靜壓油腔，分別設(shè)在滑塊導(dǎo)軌前后面的側(cè)邊附近。外置動態(tài)重力平衡裝置包括外置前油缸、外置后油缸、油泵、供油管和油槽等，外置前油缸、外置后油缸分別固定于主軸箱上側(cè)和電機(jī)下側(cè)，其重心與主軸箱重心、電機(jī)重心共面，其中外置油缸采用新型蜂窩狀結(jié)構(gòu)。壓力傳感檢測控制單元包括壓力檢測模塊和數(shù)據(jù)處理模塊， 壓力檢測模塊與滑塊導(dǎo)軌左上方前后靜壓油腔的供油管相連，數(shù)據(jù)處理模塊內(nèi)置于數(shù)控系統(tǒng)中。工作過程中，壓力傳感檢測控制單元實時檢測左上方前后靜壓油腔的壓力差，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，由數(shù)據(jù)處理模塊控制供油控制閥和回油控制閥，從而控制外置油缸供油閥和回油閥的開閉，進(jìn)而控制兩個外置油缸的油量，使滑塊導(dǎo)軌垂向獲得一個與所受顛覆力矩相反方向的回復(fù)力矩，完成垂向?qū)к壯b置的垂直度誤差調(diào)整。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果1)結(jié)構(gòu)新穎簡便。本發(fā)明采用的外置動態(tài)重力平衡裝置結(jié)構(gòu)新穎，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計中一味通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)改進(jìn)來達(dá)到生產(chǎn)要求的思路相比，是一種全新的設(shè)計嘗試，本發(fā)明中的裝置結(jié)構(gòu)不僅能夠滿足相應(yīng)的功能要求，而且結(jié)構(gòu)十分簡單，安裝方便，大大減少設(shè)備成本。2)便捷的檢測與控制。本發(fā)明巧妙將導(dǎo)軌滑塊的垂直度誤差轉(zhuǎn)換為壓力信號，壓力信號經(jīng)過數(shù)據(jù)處理模塊處理，繼而控制供油控制閥和回油控制閥，從而控制兩外置油缸的供油量與回油量。此處，對兩個外置油缸采取統(tǒng)一控制結(jié)構(gòu)，通過增加供油控制閥和回油控制閥兩個裝置，實現(xiàn)了兩個外置油缸共用一套供油回油系統(tǒng)，代替了傳統(tǒng)電機(jī)單線控制每個外置油缸的供油與回油的方式。3)油缸結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。本發(fā)明中使用的外置油缸，采用新型蜂窩狀結(jié)構(gòu)，三腔結(jié)構(gòu)極大的減小了因液體流動所造成的各種測量誤差，進(jìn)一步保證了調(diào)整的準(zhǔn)確性。
本發(fā)明提出了一種全新的閉式靜壓導(dǎo)軌垂直度誤差檢測和調(diào)整思路，實時檢測垂向?qū)к壍拇怪倍日`差，并給予及時響應(yīng)，從而實現(xiàn)在精密機(jī)床垂向?qū)蜓b置中閉式靜壓導(dǎo)軌垂直度的精確控制。
圖1為本發(fā)明實施例的調(diào)整垂向閉式靜壓導(dǎo)軌垂直度誤差的新型裝置的主視圖。圖2為本發(fā)明實施例的調(diào)整垂向閉式靜壓導(dǎo)軌垂直度誤差的新型裝置的左視圖。圖3為本發(fā)明實施例的外置前油缸的蜂窩狀結(jié)構(gòu)示意圖，外置后油缸的蜂窩狀結(jié)構(gòu)與外置前油缸相同。以下給出圖1 3中的各主要部件的標(biāo)記1.立柱導(dǎo)軌；2.右上方前后靜壓油腔供油口 ；3.左上方前后靜壓油腔供油口 ； 4.右下方前后靜壓油腔供油口 ；5.滑塊導(dǎo)軌；6.左下方前后靜壓油腔供油口 ；7.靜壓回油管；8.回油控制閥；9.外置后油缸回油管；10.外置后油缸；11.外置前油缸回油管；12.主軸箱；13.外置前油缸；14.外置前油缸供油管；15.電機(jī)；16.外置后油缸供油管；17.供油控制閥；18.數(shù)據(jù)處理模塊；19.壓力檢測模塊；20.外置油缸的上腔；21.外置油缸的中腔； 22.外置油缸的下腔。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步闡述。如圖1 3所示，本發(fā)明實施例設(shè)有垂向閉式靜壓導(dǎo)軌裝置、外置動態(tài)重力平衡裝置和壓力傳感檢測控制單元；所述垂向閉式靜壓導(dǎo)軌裝置設(shè)有立柱導(dǎo)軌1和滑塊導(dǎo)軌5，所述滑塊導(dǎo)軌5兩側(cè)與立柱導(dǎo)軌1呈間隙配合，滑塊導(dǎo)軌5通過靜壓回油管7與油池相連，滑塊導(dǎo)軌5兩側(cè)邊的前面和后面分別設(shè)有前靜壓油腔和后靜壓油腔，前靜壓油腔和后靜壓油腔分別設(shè)置左上方前后靜壓油腔供油口 3、右上方前后靜壓油腔供油口 2、左下方前后靜壓油腔供油口 6、右下方前后靜壓油腔供油口 4 ；所述外置動態(tài)重力平衡裝置設(shè)有外置后油缸
10、外置前油缸13、供油控制閥17、回油控制閥8、外置前油缸供油管14、外置前油缸回油管
11、外置后油缸供油管16和外置后油缸回油管9，外置前油缸13和外置后油缸10分別固定于主軸箱12上側(cè)和電機(jī)15下側(cè)，外置前油缸13和外置后油缸10的重心與主軸箱12的重心、電機(jī)15的重心共面；所述壓力傳感檢測控制單元設(shè)有壓力檢測模塊19和數(shù)據(jù)處理模塊 18，壓力檢測模塊19與滑塊導(dǎo)軌5左上方前后靜壓油腔的供油管相連，數(shù)據(jù)處理模塊18內(nèi)置于數(shù)控系統(tǒng)中。所述外置前油缸13和外置后油缸10均可采用蜂窩狀結(jié)構(gòu)(如圖3所示，圖3僅給出外置前油缸13的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，外置后油缸10與外置前油缸13的結(jié)構(gòu)相同)；所述外置前油缸13設(shè)有外置前油缸上腔20、外置前油缸中腔21和外置前油缸下腔22 ；所述外置后油缸設(shè)有外置后油缸上腔、外置后油缸中腔和外置后油缸下腔。外置前油缸上腔20和外置后油缸上腔20與供油管相連，所述外置前油缸上腔20和外置后油缸上腔的底面采用球面結(jié)構(gòu)，外置前油缸上腔20的底面與外置前油缸中腔21的頂面相通；外置后油缸上腔的底面與外置后油缸中腔的頂面相通；所述外置前油缸中腔21和外置后油缸中腔均設(shè)有多個正方體油腔，正方體油腔通過各面開出的多個小油孔與周圍正方體油腔相通；所述外置前油缸下腔22和外置后油缸下腔與回油管相連，所述外置前油缸下腔22和外置后油缸下腔的內(nèi)部采用整體式結(jié)構(gòu)，所述外置前油缸下腔22和外置后油缸下腔的頂面與外置前油缸中腔21和外置后油缸中腔的底面相通。工作前，外置前油缸13和外置后油缸10中有一定油量，供油控制閥17和回油控制閥8全部關(guān)閉。此時滑塊導(dǎo)軌5在垂向沒有發(fā)生偏離誤差。工作時，系統(tǒng)首先對滑塊導(dǎo)軌5的8個靜壓油腔供油，8個靜壓油腔分別設(shè)在滑塊導(dǎo)軌5前后面的側(cè)邊附近。由于滑塊導(dǎo)軌5與立柱導(dǎo)軌1之間存在著微小的間隙而形成縫隙出流，在滑塊導(dǎo)軌5和立柱導(dǎo)軌1 之間形成靜壓支承。當(dāng)不承受單側(cè)顛覆力矩時，滑塊導(dǎo)軌5兩側(cè)邊前后面的油膜將對滑塊導(dǎo)軌5施加支撐力，使滑塊導(dǎo)軌5在垂向保持相對的垂向平衡；當(dāng)滑塊導(dǎo)軌5連接負(fù)載或處于加工狀態(tài)而承受顛覆力矩時，滑塊導(dǎo)軌5在垂向必然發(fā)生偏離垂向的傾斜而引起垂直度誤差。假設(shè)在顛覆力矩的作用下，滑塊導(dǎo)軌5發(fā)生了頂部前傾，底部后翹的傾斜，經(jīng)壓力檢測模塊19檢測后，將出現(xiàn)滑塊導(dǎo)軌5左上方前側(cè)靜壓油腔壓力增大，左上方后側(cè)靜壓油腔壓力減小的結(jié)果，此時數(shù)據(jù)處理模塊18將控制供油控制閥17和回油控制閥8，使外置前油缸13的回油開關(guān)打開，同時外置后油缸10的供油開關(guān)打開，使得外置前油缸13的油量減少，外置后油缸10的油量增加，通過外置前油缸13和外置后油缸10的重力調(diào)整，使滑塊導(dǎo)軌5獲得一個與顛覆力矩反方向的回復(fù)力矩，阻止并恢復(fù)滑塊導(dǎo)軌5的傾斜，來減小滑塊導(dǎo)軌5的垂直度誤差，在此過程中，左上方前側(cè)靜壓油腔的壓力將逐漸減小，左上方后側(cè)靜壓油腔的壓力將逐漸增大，左上方前后靜壓油腔壓力差將隨之減小。當(dāng)左上方前后靜壓油腔壓力差恢復(fù)到設(shè)定范圍內(nèi)時，數(shù)據(jù)處理模塊18將控制供油控制閥17和回油控制閥8全部關(guān)閉，垂直度誤差調(diào)整結(jié)束。當(dāng)滑塊導(dǎo)軌5發(fā)生了頂部后傾，底部前翹的傾斜時，經(jīng)壓力檢測模塊19檢測后，將出現(xiàn)滑塊導(dǎo)軌5左上方前側(cè)靜壓油腔壓力減小，左上方后側(cè)靜壓油腔壓力增大的結(jié)果，此時數(shù)據(jù)處理模塊18將控制供油控制閥17和回油控制閥8，使外置前油缸13的供油開關(guān)打開，同時外置后油缸10的回油開關(guān)打開，使得外置前油缸13的油量增加，外置后油缸10的油量減少，通過外置前油缸13和外置后油缸10的重力調(diào)整，使滑塊導(dǎo)軌5獲得一個與顛覆力矩反方向的回復(fù)力矩，阻止并恢復(fù)滑塊導(dǎo)軌5的傾斜，來減小滑塊導(dǎo)軌5的垂直度誤差，在此過程中，左上方前側(cè)靜壓油腔的壓力將逐漸增大，左上方后側(cè)靜壓油腔的壓力將逐漸減小，左上方前后靜壓油腔壓力差將隨之減小。當(dāng)左上方前后靜壓油腔壓力差恢復(fù)到設(shè)定范圍內(nèi)時，數(shù)據(jù)處理模塊18將控制供油控制閥17和回油控制閥8全部關(guān)閉，垂直度誤差調(diào)整結(jié)束。其中，供油控制閥17和回油控制閥8的控制電路均由繼電器、高壓回路、電磁閥等組成。工作過程中，當(dāng)壓力檢測模塊19將壓力信號傳送給數(shù)據(jù)處理模塊18后，經(jīng)分析，若左上方前后靜壓油腔壓力差超過規(guī)定范圍時，數(shù)據(jù)處理模塊18將發(fā)出低壓電信號，使繼電器閉合，進(jìn)而高壓回路通路，電磁閥閉合，使得相應(yīng)的供油回路或者回油回路接通。當(dāng)左上方前后靜壓油腔壓力差恢復(fù)到規(guī)定范圍時，數(shù)據(jù)處理模塊18將中斷低壓電信號，使繼電器停止工作，繼而高壓回路斷開，電磁閥將恢復(fù)初始狀態(tài)，阻斷供油通路和回油通路，完成控制。
權(quán)利要求
1.垂向閉式靜壓導(dǎo)軌垂直度誤差調(diào)整裝置，其特征在于設(shè)有垂向閉式靜壓導(dǎo)軌裝置、 外置動態(tài)重力平衡裝置和壓力傳感檢測控制單元；所述垂向閉式靜壓導(dǎo)軌裝置設(shè)有立柱導(dǎo)軌和滑塊導(dǎo)軌，所述滑塊導(dǎo)軌兩側(cè)與立柱導(dǎo)軌呈間隙配合，滑塊導(dǎo)軌通過靜壓回油管與油池相連，滑塊導(dǎo)軌兩側(cè)邊的前面和后面分別設(shè)有前靜壓油腔和后靜壓油腔，前靜壓油腔和后靜壓油腔分別設(shè)置左上方前后靜壓油腔供油口、右上方前后靜壓油腔供油口、左下方前后靜壓油腔供油口、右下方前后靜壓油腔供油口 ；所述外置動態(tài)重力平衡裝置設(shè)有外置后油缸、外置前油缸、供油控制閥、回油控制閥、外置前油缸供油管、外置前油缸回油管、外置后油缸供油管和外置后油缸回油管，外置前油缸和外置后油缸分別固定于主軸箱上側(cè)和電機(jī)下側(cè)，外置前油缸和外置后油缸的重心與主軸箱的重心、電機(jī)的重心共面；所述壓力傳感檢測控制單元設(shè)有壓力檢測模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，壓力檢測模塊與滑塊導(dǎo)軌左上方前后靜壓油腔的供油管相連，數(shù)據(jù)處理模塊內(nèi)置于數(shù)控系統(tǒng)中。
2.如權(quán)利要求1所述的垂向閉式靜壓導(dǎo)軌垂直度誤差調(diào)整裝置，其特征在于所述外置前油缸和外置后油缸均采用蜂窩狀結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的垂向閉式靜壓導(dǎo)軌垂直度誤差調(diào)整裝置，其特征在于所述外置前油缸設(shè)有外置前油缸上腔、外置前油缸中腔和外置前油缸下腔；所述外置后油缸設(shè)有外置后油缸上腔、外置后油缸中腔和外置后油缸下腔；外置前油缸上腔和外置后油缸上腔與供油管相連，所述外置前油缸上腔和外置后油缸上腔的底面采用球面結(jié)構(gòu)，外置前油缸上腔的底面與外置前油缸中腔的頂面相通；外置后油缸上腔的底面與外置后油缸中腔的頂面相通。
4.如權(quán)利要求3所述的垂向閉式靜壓導(dǎo)軌垂直度誤差調(diào)整裝置，其特征在于所述外置前油缸中腔和外置后油缸中腔均設(shè)有多個正方體油腔，正方體油腔通過各面開出的多個小油孔與周圍正方體油腔相通；所述外置前油缸下腔和外置后油缸下腔與回油管相連，所述外置前油缸下腔和外置后油缸下腔的內(nèi)部采用整體式結(jié)構(gòu)，所述外置前油缸下腔和外置后油缸下腔的頂面與外置前油缸中腔和外置后油缸中腔的底面相通。
全文摘要
垂向閉式靜壓導(dǎo)軌垂直度誤差調(diào)整裝置，涉及機(jī)床的導(dǎo)軌垂直度誤差調(diào)整裝置。設(shè)有垂向閉式靜壓導(dǎo)軌裝置、外置動態(tài)重力平衡裝置和壓力傳感檢測控制單元；導(dǎo)軌裝置設(shè)有立柱導(dǎo)軌和滑塊導(dǎo)軌，滑塊導(dǎo)軌兩側(cè)與立柱導(dǎo)軌呈間隙配合，滑塊導(dǎo)軌與油池相連，滑塊導(dǎo)軌兩側(cè)邊的前后面設(shè)有前、后靜壓油腔，前、后靜壓油腔設(shè)左、右上方前后靜壓油腔供油口，左、右下方前后靜壓油腔供油口；平衡裝置設(shè)有外置后油缸、外置前油缸、供油控制閥、回油控制閥、外置前油缸供油管、外置前油缸回油管、外置后油缸供油管和外置后油缸回油管；控制單元設(shè)有壓力檢測模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，壓力檢測模塊與滑塊導(dǎo)軌左上方前后靜壓油腔的供油管相連。
文檔編號B23Q1/01GK102490077SQ20111040315
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者常小龍, 彭云峰, 郭隱彪, 郭龍, 陳梅云 申請人:廈門大學(xué)