CN105108499A - 一种电流变液静压导轨*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电流变液静压导轨***,涉及精密加工机床的液压支承元件的供油技术领域,该***包括:导轨、溜板、至少一个第一控制器和至少一个第二控制器,导轨呈“T”字形,包括支撑部和导向部,溜板包覆在导向部的***,溜板与导向部之间充满电流变液,第一控制器的一端固定在导轨上,另一端固定在溜板上,第二控制器的一端固定在导轨上,另一端固定在溜板上;第一控制器包括第一油腔,第二控制器包括第二油腔;通过控制第一油腔内的电场强度和第二油腔内的电场强度,保持溜板与导向部之间的电流变液的厚度不变。上述***将电流变液应用于静压导轨,与机械式调节相比,能在毫秒级的时间内调节电流变液的厚度,具有响应速度快,调节范围广的优点。
Description
技术领域
本发明涉及机床液体静压导轨领域,特别涉及一种电流变液静压导轨***。
背景技术
液体静压导轨简称为液压导轨,是将具有一定压力的油液经节流器输送到导轨面的油腔,形成承载油膜,将相互接触的金属表面隔开,实现液体摩擦。
由于液体静压导轨可在很宽的速度范围(包括静止)和载荷范围内无磨损的工作,而广泛地应用于超精密机床中。在实际工作中不考虑温度的影响,液压油的粘度基本是不变的。对应于每个油腔的承载性能也是固定的,因此,每个油腔都必须要串联一个节流器,用来调节液压油的流量,以适应负载的变化后,导轨与溜板之间的液压油的厚度。
但这些机械式调节难以在极短时间内调整油膜厚度,进而会影响加工质量。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明提供了一种电流变液静压导轨***,该***能在极短的时间内使电流变液的厚度在负载变化时保持不变,进而提高了加工质量。
本发明提供了一种电流变液静压导轨***,其特征在于,包括:导轨、溜板、至少一个第一控制器和至少一个第二控制器,所述导轨呈“T”字形,包括支撑部和导向部,所述溜板包覆在所述导向部的***,所述溜板与所述导向部之间充满电流变液,所述第一控制器的一端固定在所述导轨上,另一端固定在所述溜板上,所述第二控制器的一端固定在所述导轨上,另一端固定在所述溜板上,且所述第一控制器和所述第二控制器相对设置;
所述第一控制器包括第一油腔,所述第二控制器包括第二油腔;
通过控制所述第一油腔内的电场强度和第二油腔内的电场强度,保持所述溜板与所述导向部之间的电流变液的厚度不变。
可选的,所述第一控制器包括:第一正电极和第一负电极,所述第一正电极固定在所述溜板的第一侧,所述第一侧朝向所述电流变液,所述第一负电极固定在所述导向部上,且与所述第一正电极相对,形成第一油腔;
所述第二控制器包括:第二正电极和第二负电极,所述第二正电极固定在所述溜板的第二侧,所述第二侧朝向所述电流变液,所述第二负电极固定在所述导向部上,且与所述第二正电极相对,形成第二油腔;
通过控制所述第一正电极和所述第一负电极的输入电压,控制所述第一油腔内的电场强度,所述控制所述第二正电极和所述第二负电极的输入电压,控制所述第二油腔内的电场强度。
可选的,所述***还包括:液压泵和油箱;
所述液压泵,设置在所述节流器和所述油箱之间,用于通过设置在所述第一正电极上的第一进油口和所述第二正电极上的第二进油口将所述油箱内的电流变液输送至所述第一油腔和所述第二油腔;
所述油箱,用于储存所述导轨上流出的电流变液。
可选的,所述***还包括:第一节流器和第二节流器;
所述第一节流器用于对通过所述第一进油口进入所述第一油腔的电流变液进行节流降压处理,所述第二节流器用于对通过所述第二进油口进入所述第二油腔的电流变液进行节流降压处理。
可选的,所述***还包括:溢流阀;
所述溢流阀的一端与所述油箱连接,另一端连接在所述液压泵与靠近所述液压泵的节流器之间。
可选的,所述第一正电极和所述第二正电极通过固定螺钉或者黏接的方式固定在所述溜板上,且与所述溜板的长度相同;
所述第一负电极和所述第二负电极通过固定螺钉或者黏接方式固定在所述导轨上,且与所述导轨的长度相同。
可选的,所述第一正电极和所述第二正电极均沿远离所述导轨的方向凹陷。
可选的,所述溜板上还设置有第一通孔和第二通孔,所述第一正电极通过所述第一通孔与第一电源相连,所述第二正电极通过所述第二通孔与第二电源相连,所述第一负电极和第二负电极分别与所述第一电源和所述第二电源相连;
所述第一负电极和所述第二负电极均为板状结构且接地。
可选的,所述导轨和所述溜板的材料均为绝缘材料;所述第一正电极、所述第二正电极、所述第一负电极以及所述第二负电极的材料均为导电材料。
可选的,所述第一控制器和所述第二控制器关于所述导轨横截面的中心线对称分布。
由上述技术方案可知,本发明提出的电流变液静压导轨***在负载发生变化时,通过改变第一油腔和第二油腔内的电场强度,改变第一油腔和第二油腔内电流变液的粘度,实现对导轨与溜板之间的电流变液的厚度的控制,与机械式的调整相比,具有响应速度快的优点,并能大幅降低加工振动幅值以避免共振。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点,附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制,在附图中:
图1示出了本发明一实施例提供的电流变液静压导轨***的结构示意图;
图2示出了本发明另一实施例提供的电流变液静压导轨***的结构示意图;
图3示出了本发明另一实施例提供的电流变液静压导轨***的结构示意图;
图4示出了本发明另一实施例提供的电流变液静压导轨***的结构示意图。
其中附图标记说明:
1、溢流阀;2、油箱;3、液压泵;4、第一节流器;5、导轨;6、溜板;7、固定螺钉;8、负电极;9、正电极;10、电流变液;11、第二节流器;12、工件。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中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的一部分实施例,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的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。
图1示出了本发明一实施例提供的一种电流变液静压导轨***的结构示意图,如图1所示,该***包括导轨5、溜板6、至少一个第一控制器和至少一个第二控制器,
导轨5呈“T”字形,包括支撑部和导向部,溜板6包覆在导向部上并能在导向部上滑动,支撑部用于给溜板6提供支撑,溜板6与导向部之间充满电流变液10,以使溜板6与导向部之间纯液体摩擦;第一控制器的一端固定在导轨5上,另一端固定在溜板6上,第二控制器的一端固定在导轨5上,另一端固定在溜板6上,且第一控制器和第二控制器相对设置;第一控制器包括第一油腔,第二控制器包括第二油腔;
当溜板6上的负载发生变化时,上述***通过控制第一油腔和第二油腔内的电场强度,使第一油腔和第二油腔中的电流变液10的粘度发生所需要的变化,从而改变了第一油腔和第二油腔的静刚度。基于在相同承载力下,静刚度大小与电流变液10的厚度成反比,***以此特性来调节第一油腔和第二油腔的电流变液10的厚度,直至第一油腔和第二油腔内的电流变液10的厚度保持不变。
由于电流变液10在电场强度的控制下,其粘度变化的响应速度能达到毫秒级以内,因此,该***具有响应速度快以及提高加工质量的优点;而且,该***通过增大电场强度,提高电流变液10粘度,进而增大了***的阻尼,特别是当***发生共振时,能大幅降低了加工振动幅值。
下面对***进行详细的描述:
第一控制器包括:第一正电极9和第一负电极8,第一正电极9固定在溜板6的第一侧,第一侧朝向电流变液10,第一负电极8固定在导向部上,且与第一正电极9相对,形成第一油腔;第二控制器包括:第二正电极9和第二负电极8,第二正电极9固定在溜板6的第二侧,第二侧朝向电流变液10,第二负电极8固定在导向部上,且与第二正电极9相对,形成第二油腔;
通过控制第一正电极9和第一负电极8的输入电压,控制第一油腔内的电场强度,控制第二正电极9和第二负电极8的输入电压,控制第二油腔内的电场强度。
其中,导轨5和溜板6的材料为绝缘材料;第一正电极9、第二正电极9、第一负电极8以及第二负电极8的材料为导电材料。
进一步地,***还包括:液压泵3和油箱2;
液压泵3,设置在节流器和油箱2之间,以将油箱2内的电流变液10转化为有压力的电流变液10,并通过设置在第一正电极9上的第一进油口和第二正电极9上的第二进油口将油箱2内的电流变液10输送至第一油腔和第二油腔,以支撑起溜板6;而且,导轨5上还设置有导油槽,以使导轨5上流出的电流变液10通过导油槽流回油箱2,由油箱2储存电流变液10,实现电流变液10的循环利用。
为了保证静压导轨的有效性,***还包括:第一节流器4和第二节流器11;第一节流器4用于对通过第一进油口进入第一油腔的电流变液10进行节流降压处理,第二节流器11用于对通过第二进油口进入第二油腔的电流变液10进行节流降压处理。
图2示出了一实施例提供的电流变液静压导轨***的结构示意图,下面参照图2,对节流器的工作过程进行详细说明,当加工力负载f(t)变大时,溜板6相对于导轨5有向下运动的趋势,即溜板6与导轨5上表面之间的电流变液的厚度h2减小,溜板6与导轨5下表面之间的电流变液的厚度h1变大,同时,出油液阻Rh2增大,Rh1减小。如果没有节流器的存在,电流变液10必然都流向出油液阻较小的通道,此时静压导轨就会失效。而有节流器的话,节流器能起到节流降压的作用。当负载变大时,第一油腔压力Pr2增大,第二油腔压力Pr1减小,则在节流器的作用下,经过第一节流器4,即Rg2的电流变液10的压降就会减小,经过第二节流器11,即Rg1的电流变液10的压降就会增大,则流经第一节流器4,即Rg2的流量就会减小,流经第二节流器11,即Rg1的流量就会增大,虽然此时溜板6仍有下降的趋势,但已不会出现静压导轨失效的状况了。
为了对***进行过载保护,该***还包括:溢流阀1,溢流阀1的一端与油箱2连接,另一端连接在液压泵3与靠近液压泵3的节流器之间,在***正常工作时,阀门关闭;在***负载超过规定的极限(***压力超过调定压力)时,阀门打开,溢流阀1对***进行过载保护,是***压力不再增加。
在本实施例中一个优选的实施方式中,第一正电极9、第二正电极9与溜板6的长度为相同大小,并将第一正电极9和第二正电极9铺满在溜板6的长度方向上;第一负电极8、第二负电极8与导轨5的长度为相同大小,以保证在溜板6的整个运动过程中,电流变液10都能在输入电源的作用下,受到电场强度的控制,避免因为在导轨5的端部或者其他电场强度不存在的地方,***难以对导轨5和溜板6之间的电流变液10的厚度进行调节,导致降低加工质量的问题。
可理解的是,可以分别在溜板6和导轨5上开设凹槽,并通过固定螺钉7或者黏接方式,将第一正电极9和第二正电极9固定在溜板6的凹槽内,将第一负电极8和第二负电极8固定在导轨5的凹槽内;
为了充分提高电流变液10的粘度,第一正电极9和第二正电极9均沿远离导轨5的方向凹陷,以增大第一油腔和第二油腔的内部空间,在电流变液10流经第一油腔和第二油腔时,增加电流变液10的流经时间,进而,在输入电源的作用下,第一控制器和第二控制器的电场强度能充分调整电流变液10的粘度;
进一步地,电流变液10在***循环流动的过程中,第一油腔和第二油腔内的电场强度,均由独立的输入电源进行控制,即第一正电极9通过第一通孔与第一电源相连,第二正电极9通过第二通孔与第二电源相连,第一负电极8和第二负电极8分别与第一电源和第二电源相连;且第一负电极8和第二负电极8均接地,对于不同油腔而言,调节电场强度可使电流变液的厚度在负载变化时保持不变,提高***静刚度。
图3和图4分别示出了本发明一实施例提供的电流变液静压导轨***的结构示意图;参照图3和图4,第一控制器和第二控制器关于导轨5横截面的中心线对称分布;水平方向上的一对控制器,用于在溜板6滑动过程中,控制溜板6左右方向上的平衡,以解决因偏载荷导致的电流变液10的油膜厚度变化;竖直方向上的两对控制器,用于在溜板6滑动过程中,控制溜板6上下方向上的平衡,以解决因负载变化,导致的溜板6与导轨5之间电流变液10的油膜厚度的变化。
参照图1和图2,下面对***在负载增大的情况下的工作原理进行详细说明:
将设计的电流变液静压导轨***应用于超精密机床中,油箱2中的电流变液10在液压泵3驱动下,通过油管流经进油口,进入第一油腔和第二油腔中,以支撑起溜板6,溜板6上放置有工件12。然后,电流变液10通过支撑部与溜板6之间的缝隙流出导轨5,并通过导轨5上的导油槽流回油箱2。
加工工件12时,当加工力负载f(t)变大时,则溜板6相对于导轨5有向下运动的趋势,即溜板6与导轨5上表面之间的电流变液的厚度h2减小,溜板6与导轨5下表面之间的电流变液的厚度度h1变大。同时,第一油腔压力Pr2增大,第二油腔压力Pr1减小,溜板6与导轨5上表面之间的出油液阻Rh2增大,溜板6与导轨5下表面之间出油液阻的Rh1减小。此时,在节流器节流降压的作用下,则经过第一节流器4,即Rg2的压降就会减小,经过第二节流器11,即Rg1的压降就会增大,则流经第一节流器4,即Rg2的流量就会减小,流经第二节流器11,即Rg1的流量就会增大,削弱溜板6下降的趋势,保证静压导轨能够正常工作。
此时,通过输入电源增加第一油腔的控制电场或减小第二油腔的控制电场,电流变液10在电场的控制下,粘度瞬间增大,响应速度达到毫秒级以内,阻尼特性迅速增大,从而在非常短的时间内提高上油腔的静刚度或降低了下油腔的静刚度。由于在相同承载力下,静刚度大小与电流变液的厚度成反比,因此,能使溜板6与导轨5上表面之间的电流变液的厚度h2增大,溜板6与导轨5下表面之间的电流变液的厚度h1减小,直至调节的电场强度使得h2=h1,则保持该状态进行加工。
基于上述***在负载变大时的工作过程已经详细说明,在负载变小时,该***的工作过程是本领域技术人员能够理解的。故,此处不再赘述。
综上,本发明提供的电流变液静压导轨***能够在毫秒级内实现对电流变液10的控制,以恢复电流变液10的厚度,响应速度非常快;而且,本***通过改变第一油腔和第二油腔内的电场强度,改变电流变液10的粘度,进而改变了***的阻尼,特别是当***发生共振时,大幅降低了加工振动幅值;进一步地,电流变液10在导轨5中循环流动,在每个油腔中,都有独立的输入电源对电流变液10进行控制,且能通过调节不同油腔的电场强度,使电流变液的厚度在负载变化时保持不变,提高了***静刚度。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种电流变液静压导轨***,其特征在于,包括:导轨、溜板、至少一个第一控制器和至少一个第二控制器,所述导轨呈“T”字形,包括支撑部和导向部,所述溜板包覆在所述导向部的***,所述溜板与所述导向部之间充满电流变液,所述第一控制器的一端固定在所述导轨上,另一端固定在所述溜板上,所述第二控制器的一端固定在所述导轨上,另一端固定在所述溜板上,且所述第一控制器和所述第二控制器相对设置;
所述第一控制器包括第一油腔,所述第二控制器包括第二油腔;
通过控制所述第一油腔内的电场强度和第二油腔内的电场强度,保持所述溜板与所述导向部之间的电流变液的厚度不变。
2.根据权利要求1所述的***,其特征在于,所述第一控制器包括:第一正电极和第一负电极,所述第一正电极固定在所述溜板的第一侧,所述第一侧朝向所述电流变液,所述第一负电极固定在所述导向部上,且与所述第一正电极相对,形成第一油腔;
所述第二控制器包括:第二正电极和第二负电极,所述第二正电极固定在所述溜板的第二侧,所述第二侧朝向所述电流变液,所述第二负电极固定在所述导向部上,且与所述第二正电极相对,形成第二油腔;
通过控制所述第一正电极和所述第一负电极的输入电压,控制所述第一油腔内的电场强度,所述控制所述第二正电极和所述第二负电极的输入电压,控制所述第二油腔内的电场强度。
3.根据权利要求2所述的***,其特征在于,所述***还包括:液压泵和油箱;
所述液压泵,设置在所述节流器和所述油箱之间,用于通过设置在所述第一正电极上的第一进油口和所述第二正电极上的第二进油口将所述油箱内的电流变液输送至所述第一油腔和所述第二油腔;
所述油箱,用于储存所述导轨上流出的电流变液。
4.根据权利要求3所述的***,其特征在于,所述***还包括:第一节流器和第二节流器;
所述第一节流器用于对通过所述第一进油口进入所述第一油腔的电流变液进行节流降压处理,所述第二节流器用于对通过所述第二进油口进入所述第二油腔的电流变液进行节流降压处理。
5.根据权利要求3所述的***,其特征在于,所述***还包括:溢流阀;
所述溢流阀的一端与所述油箱连接,另一端连接在所述液压泵与靠近所述液压泵的节流器之间。
6.根据权利要求2所述的***,其特征在于,所述第一正电极和所述第二正电极通过固定螺钉或者黏接的方式固定在所述溜板上,且与所述溜板的长度相同;
所述第一负电极和所述第二负电极通过固定螺钉或者黏接方式固定在所述导轨上,且与所述导轨的长度相同。
7.根据权利要求2所述的***,其特征在于,所述第一正电极和所述第二正电极均沿远离所述导轨的方向凹陷。
8.根据权利要求2所述的***,其特征在于,所述溜板上还设置有第一通孔和第二通孔,所述第一正电极通过所述第一通孔与第一电源相连,所述第二正电极通过所述第二通孔与第二电源相连,所述第一负电极和第二负电极分别与所述第一电源和所述第二电源相连;
所述第一负电极和所述第二负电极均为板状结构且接地。
9.根据权利要求2所述的***,其特征在于,所述导轨和所述溜板的材料均为绝缘材料;所述第一正电极、所述第二正电极、所述第一负电极以及所述第二负电极的材料均为导电材料。
10.根据权利要求4所述的***,其特征在于,所述第一控制器和所述第二控制器关于所述导轨横截面的中心线对称分布。
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