CN103028954A - 一种恒流恒压复合的浮动静压导轨及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种恒流恒压复合的浮动静压导轨，包括主导轨（1）、反向预载导轨（2）、底座（3）和工作台面（4），所述主导轨（1）和反向预载导轨（2）构成的闭式静压导轨进行支承，主导轨（1）为恒流静压导轨，由动导轨和静导轨组成，工作台面4上的主导轨（1）为动导轨、底座（3）上的主导轨（1）为静导轨。反向预载导轨（2）为恒流恒压复合的浮动静压导轨。本发明的恒流恒压复合的浮动静压导轨能够满足转台的高低速分度功能，装配工艺和控制方法简单可靠。

Description

一种恒流恒压复合的浮动静压导轨及其控制方法

技术领域

本发明应用于大重型数控回转工作台的轴向支承***，属于先进制造与自动化技术领域。具体涉及一种恒流恒压复合的浮动静压导轨及其控制方法。

背景技术

2013年度“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项将“齿轮车削滚齿复合加工机床”和“大型、高精度数控成形磨齿机” 列为研究内容，高低速数控回转工作台也因此成为一种重要的分度功能部件。齿轮外圆、内孔和端面的车削、磨削需要转台高速回转，转速10~50r/min；齿轮的展成滚削和成形磨削需要转台进行低速连续高精度分度，转速0~5rpm。小规格的数控回转工作台轴向支承通常采用机械式滚动轴承，高低速时承载刚度和回转阻尼比较合适。对于大重型转台，在低速高精度分度过程中需要比较高的动静态支承刚性，一般采用滑动卸荷导轨或者静压导轨，静压导轨浮起量0.02~0.04mm；高速回转过程中的油膜阻力较大，静压导轨浮起量0.05~0.10mm，在转台回转达到一定转速时动压效应能够保证转台的轴向支承刚性。目前，对于大重型数控装备，普通的导轨支承方式无法同时满足转台的高低速分度功能。本发明的恒流恒压复合的浮动静压导轨及其控制方法就是为解决上述问题而提出的。

发明内容

本发明主要针对大重型数控回转工作台的高速回转和低速高精度分度功能，提出一种恒流恒压复合的浮动静压导轨及其控制方法，属于机械工程学科、先进制造与自动化领域。

本发明的一种恒流恒压复合的浮动静压导轨及其控制方法，旨在满足大重型数控回转工作台的高低速运动要求。车滚复合机床、齿轮和端面外圆磨削的复合机床要求数控回转工作台能够具备低速高精度分度和高速回转功能。

本发明的恒流恒压复合的浮动静压导轨及其控制方法，旨在阐述具备高低速分度功能的大重型数控回转台轴向支承方式，属国内首创。突出优点在于：本发明的结构简单，控制方法可靠，通过恒流恒压导轨进行复合承载，实现了高低速分度过程中支承形式的功能复合，既提高了转台低速高精度分度时的支承刚度，又能够保证转台高速回转时具备合适的阻尼；从而满足“齿轮车削滚齿复合加工机床”和“大型、高精度数控成形磨齿机”等复合机床的工艺要求。

本发明的技术方案如下

一种恒流恒压复合的浮动静压导轨，包括主导轨1、反向预载导轨2、底座3和工作台面4，所述主导轨1和反向预载导轨2构成的闭式静压导轨进行支承，主导轨1为恒流静压导轨，由动导轨和静导轨组成，工作台面4上的主导轨1为动导轨、底座3上的主导轨1为静导轨。反向预载导轨2为恒流恒压复合的浮动静压导轨。

恒压静压***25控制反向预载大小，恒流***控制反向预载的恒压腔12的油膜厚度。

所述主导轨1包括主导轨的深油腔6和主导轨的浅油腔7，主导轨的浅油腔7分布于主导轨的深油腔6的两侧，主导轨的浅油腔7的油腔深度为主导轨的深油腔6的1/2，且主导轨的浅油腔7和主导轨的深油腔6分布于主导轨1运动的圆周方向上。

所述主导轨的深油腔6内设有主导轨的进油孔5，主导轨的浅油腔7的一侧设有主导轨的封油边8。

所述反向预载导轨2由反向预载导轨的压板9、反向预载的恒压***进油口10和恒流***的进油块13组成；反向预载导轨2为浮动式结构，且保证导轨副之间没有金属接触，反向预载导轨的压板9与底座3固定，浮动块11与反向预载导轨的压板9为间隙配合，浮动块11的端面和周向分别由浮动块的端面密封圈17和浮动块的周向密封圈18进行密封，端面间隙0.20mm左右，周向间隙0.10mm左右；所述浮动块11上布有两个对称的反向预载的恒流腔15，浮动块11与进油块13固定，且由进油块13的进油块的密封圈16进行密封，保证进油块13的进油块的进油口14与浮动块的进油口19无泄漏连接。

所述主导轨1上均布6个油腔，反向预载导轨2均布4个恒流恒压复合油腔，主导轨1的6个油腔由大流量多头泵20和小流量多头泵21混合供油，大流量多头泵20和小流量多头泵21共用一个多头泵的前给泵24，驱动大流量多头泵20的驱动大流量多头泵的交流变频电机22由变频器23控制。

一种如权利要求1至5所述的恒流恒压复合的浮动静压导轨的控制方法，包括以下步骤：

当被恒流恒压复合的浮动静压导轨支撑的转台低速分度(n＜n0)时，主导轨1由小流量多头泵21供油，浮起量0.02~0.04mm；

反向预载导轨2由小流量多头泵21、恒压静压***25进行恒流恒压***混合供油，浮动块11与工作台面4之间的油膜间隙0.02~0.04mm；

当被恒流恒压复合的浮动静压导轨支撑的转台高速分度(n≥n0)时，主导轨1和反向预载导轨2均由小流量多头泵21和大流量多头泵20混合供油，浮起量0.05~0.10mm。

当被恒流恒压复合的浮动静压导轨支撑的转台高低速分度过程中，针对不同的转台负载，以主导轨1的深油腔6压力作为反馈信号，借助变频器23调节大流量多头泵20的流量，以满足主导轨1浮起量要求。

本发明的恒流恒压复合的浮动静压导轨及其控制方法针对高低速回转工作台的轴向支承方式，阐述油腔结构及其控制方法；本发明的浮动静压导轨结构简单，控制方法方便，满足了转台的高低速分度要求。

主导轨1为深浅式油腔组成的静压导轨、反向预载导轨2为浮动式静压导轨，由恒流恒压***复合供油，恒压油腔控制反向预载的大小，并提供浮动空间，与恒流静压***相互独立。浮动块11轴向浮动，满足高低速回转对支承导轨的要求；浮动块11上的2个恒流静压油腔能够保证浮动块11与工作台面4上的反向预载导轨浮起均匀，避免金属接触。

一种恒流恒压复合的浮动静压导轨及其控制方法，主要针对大重型数控回转工作台的轴向支承方式进行控制。本发明的转台轴向支承导轨由3大部件组成：恒流静压供油的主导轨、恒压供油的反向预载油腔、恒流供油的浮动导轨。

本发明的恒流恒压复合的浮动静压导轨进一步的技术方案是所述的转台高低速分度时主导轨供油方式的切换算法。转台低速分度时，主导轨为小流量多头泵供油的恒流静压导轨，浮起量0.02~0.04mm；转台高速分度时，主导轨为小流量多头泵和大流量多头泵混合供油的恒流静压导轨，浮起量0.05~0.10mm。主导轨为为深浅结构的油腔，满足动静压要求；以主导轨油腔压力作为反馈信号，变频器调节大流量多头泵的流量，满足转台不同承载情况下主导轨的浮起量。

本发明的恒流恒压复合的浮动静压导轨进一步的技术方案是所述的转台高低速分度时反向预载方式的切换算法。反向预载导轨为恒流恒压复合供油的浮动静压导轨；转台低速分度时，恒压***正常供油，恒流油腔由小流量多头泵供油，浮动块与工作台面之间的油膜间隙0.02~0.04mm；转台高速分度时，恒压***不供油，恒流油腔由小流量多头泵和大流量多头泵混合供油，浮动块与转台台面之间的油膜间隙0.05~0.10mm；反向预载导轨的预载大小由恒压***的压力决定，与恒流静压***之间相互独立。

本发明的有益效果是

本发明的静压导轨在保证导轨正常浮起量的基础上，在工作台面上添加反向预载，提高导轨的承载刚性。主支承导轨为恒流型导轨，油腔采用深浅腔结构，由大流量多头泵和小流量多头泵混合供油，其中大流量多头泵的交流变频电机由变频器控制；反向预载导轨为恒流恒压复合供油的浮动静压导轨，其中，恒流油腔由大流量多头泵和小流量的多头泵进行混合供油，控制导轨面之间的油膜间隙；恒压腔控制反向预载大小。恒流恒压供油***相互独立，保证了导轨浮起量和反向导轨预载之间没有干涉。转台低速高精度分度时，反向预载导轨的浮起量0.02~0.04mm，转台高速回转时，反向预载导轨的浮起量0.05~0.10mm。

本发明的恒流恒压复合的浮动静压导轨能够满足转台的高低速分度功能，装配工艺和控制方法简单可靠。

与现有技术相比较，本发明的浮动静压导轨及其控制方法能够满足转台低速高精度分度和高速回转的支承要求。恒流恒压复合供油的方法能够保证转台低速高精度分度时的高刚度、高速回转的速度能够达到10~50 r/min，为“齿轮车削滚齿复合加工机床”和“大型、高精度数控成形磨齿机”提供合格的功能部件。本发明的控制方法简单可靠，静压导轨副之间完全由油膜隔开，精度保持性高。

附图说明

图1为本发明的轴向支承导轨结构示意图，

图2为本发明的主导轨深浅式油腔结构示意图，

图2A为图2中沿A—A方向剖视图 。

图2B为图2中沿B—B方向剖视图。

图3为本发明的反向预载导轨结构示意图，

图4为本发明的恒流恒压复合供油的液压原理图，

图5为本发明的浮动静压导轨的控制方法；

图中部件说明：1-主导轨，2-反向预载导轨，3-底座，4-工作台面，5-主导轨的进油孔，6-主导轨的深油腔，7-主导轨的浅油腔，8-主导轨的封油边，9-反向预载导轨的压板，10-反向预载的恒压***进油口，11-浮动块，12-反向预载的恒压腔，13-恒流***的进油块，14-进油块的进油口，15-反向预载的恒流腔，16-进油块的密封圈，17-浮动块的端面密封圈，18-浮动块的周向密封圈，19-浮动块的进油口，20-大流量多头泵，21-小流量多头泵，22-驱动大流量多头泵的交流变频电机，23-变频器，24-多头泵的前给泵，25-恒压静压***。

具体实施方式

下面结合附图对本发明技术内容作说明：

如图1，转台轴向依靠主导轨1、反向预载导轨2构成的闭式静压导轨进行支承。主导轨1为恒流静压导轨，由动导轨和静导轨组成，工作台面4上的主导轨为动导轨、底座3上的主导轨为静导轨。反向预载导轨2为恒流恒压复合的浮动静压导轨，恒压***控制反向预载大小，恒流***控制油膜厚度。

如图2、图2A、图2B，主导轨的静导轨为深浅油腔结构，浅油腔7分布于深油腔6的两侧，浅油腔7的油腔深度为深油腔6的1/2，且浅油腔7和深油腔6分布于主导轨运动的圆周方向上，油腔进油口5，油腔封油边8，满足转台高低速运行过程中主导轨的动静压要求。

如图3，反向预载导轨2由压板9、浮动块11和恒流***的进油块13组成；反向预载导轨2为浮动式结构，反向预载能够在转台低速高精度分度过程中提高轴向承载刚度，且保证导轨副之间没有金属接触。压板9与底座3固定，浮动块11与压板9为间隙配合，浮动块11的端面和周向分别由密封圈17和密封圈18进行密封，端面间隙0.20mm左右，周向间隙0.10mm左右，以满足浮动块的浮动功能。浮动块11浮动的含义有两点：第一，转台承载和高低速运行引起的主导轨1浮起量的变化不会影响反向预载导轨2的油膜厚度；第二，浮动块11上布有两个对称的恒流油腔15，在反向预载导轨与主导轨存在平行度误差的情况下，保证反向预载导轨2的浮起量均匀，并避免导轨的金属接触。浮动块11与进油块13固定，且由进油块的密封圈16进行密封，保证进油块的进油口14与浮动块的进油口19无泄漏连接。

图4为本发明的恒流恒压复合供油的液压原理图：主导轨上均布6个油腔，反向预载导轨均布4个恒流恒压复合油腔。主导轨1的6个油腔由大流量多头泵20和小流量多头泵21混合供油，反向预载导轨2的4个复合油腔由大流量多头泵20、小流量多头泵21以及恒压静压***25混合供油。其中，大流量多头泵20和小流量多头泵21共用一个前给泵24，驱动大流量多头泵20的交流变频电机22由变频器23控制，在转台承载变化的情况下，通过深油腔6的压力进行反馈，控制主导轨1的浮起量。

图5为本发明的浮动静压导轨的控制方法：转台低速分度(n＜n0)时，主导轨1由小流量多头泵21供油，浮起量0.02~0.04mm；反向预载导轨2由小流量多头泵21、恒压静压***25进行恒流恒压***混合供油，浮动块11与工作台面4之间的油膜间隙0.02~0.04mm。转台高速分度(n≥n0)时，主导轨1和反向预载导轨2均由小流量多头泵21和大流量多头泵20混合供油，浮起量0.05~0.10mm。

上面所述的实施例仅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前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，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 (7)

1.一种恒流恒压复合的浮动静压导轨，其特征是包括主导轨（1）、反向预载导轨（2）、底座（3）和工作台面（4），所述主导轨（1）和反向预载导轨（2）构成的闭式静压导轨进行支承，主导轨（1）为恒流静压导轨，由动导轨和静导轨组成，工作台面4上的主导轨（1）为动导轨、底座（3）上的主导轨（1）为静导轨。反向预载导轨（2）为恒流恒压复合的浮动静压导轨。

2.根据权利要求1所述的恒流恒压复合的浮动静压导轨，其特征是所述主导轨（1）包括主导轨的深油腔（6）和主导轨的浅油腔（7），主导轨的浅油腔（7）分布于主导轨的深油腔（6）的两侧，主导轨的浅油腔（7）的油腔深度为主导轨的深油腔（6）的1/2，且主导轨的浅油腔（7）和主导轨的深油腔（6）分布于主导轨（1）运动的圆周方向上。

3.根据权利要求2所述的恒流恒压复合的浮动静压导轨，其特征是所述主导轨的深油腔（6）内设有主导轨的进油孔（5），主导轨的浅油腔（7）的一侧设有主导轨的封油边（8）。

4.根据权利要求1所述的恒流恒压复合的浮动静压导轨，其特征是所述反向预载导轨（2）由反向预载导轨的压板（9）、反向预载的恒压***进油口（10）和恒流***的进油块（13）组成；反向预载导轨（2）为浮动式结构，且保证导轨副之间没有金属接触，反向预载导轨的压板（9）与底座（3）固定，浮动块（11）与反向预载导轨的压板（9）为间隙配合，浮动块（11）的端面和周向分别由浮动块的端面密封圈（17）和浮动块的周向密封圈（18）进行密封，端面间隙0.20mm左右，周向间隙0.10mm左右；所述浮动块（11）上布有两个对称的反向预载的恒流腔（15），浮动块（11）与进油块（13）固定，且由进油块（13）的进油块的密封圈（16）进行密封，保证进油块（13）的进油块的进油口（14）与浮动块的进油口（19）无泄漏连接。

5.根据权利要求1所述的恒流恒压复合的浮动静压导轨，其特征是所述主导轨（1）上均布6个油腔，反向预载导轨（2）均布4个恒流恒压复合油腔，主导轨（1）的6个油腔由大流量多头泵（20）和小流量多头泵（21）混合供油，大流量多头泵（20）和小流量多头泵（21）共用一个多头泵的前给泵（24），驱动大流量多头泵（20）的驱动大流量多头泵的交流变频电机（22）由变频器（23）控制。

6.一种如权利要求1至5所述的恒流恒压复合的浮动静压导轨的控制方法，其特征是包括以下步骤：

当被恒流恒压复合的浮动静压导轨支撑的转台低速分度(n＜n0)时，主导轨（1）由小流量多头泵21供油，浮起量0.02~0.04mm；

反向预载导轨（2）由小流量多头泵（21）、恒压静压***（25）进行恒流恒压***混合供油，浮动块（11）与工作台面（4）之间的油膜间隙0.02~0.04mm；

当被恒流恒压复合的浮动静压导轨支撑的转台高速分度(n≥n0)时，主导轨（1）和反向预载导轨（2）均由小流量多头泵（21）和大流量多头泵（20）混合供油，浮起量0.05~0.10mm。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征是所述

当被恒流恒压复合的浮动静压导轨支撑的转台高低速分度过程中，针对不同的转台负载，以主导轨1的深油腔6压力作为反馈信号，借助变频器23调节大流量多头泵20的流量，以满足主导轨1浮起量要求。

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