CN110587424A - 一种精度高的超精密非球面成型磨床用静压导轨 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学零件超精密加工设备技术领域，公开了一种精度高的超精密非球面成型磨床用静压导轨，包括导轨底座，导轨底座上设有工作台和压板，导轨底座上纵向开有第一滑轨、第二滑轨和第三滑轨；安装板的底面上设有第一滑块、第二滑块和第三滑块，第三滑块的底面上设有丝杠螺母座；第一滑块和第二滑块的顶面上均开有上油腔，底面上均开有下油腔，第三滑块的左侧侧壁上开有左油腔，右侧侧壁上开有右油腔；第一滑块与第一滑轨滑动连接在一起，第二滑块与第二滑轨滑动连接在一起，第三滑块与第三滑轨滑动连接在一起；压板在第一滑轨和第二滑轨的顶部均有设置；本发明具有运动精度高、运行平稳、可靠性强的特点。
Description
技术领域
本发明涉及光学零件超精密加工设备技术领域，具体涉及一种精度高的超精密非球面成型磨床用静压导轨。
背景技术
静压导轨是一种将具有一定压力的润滑油，经节流器输入到导轨面上的油腔，进而形成承载油膜，使导轨面之间处于纯液体摩擦状态的直线往复运动导轨；相比较于传统的直线导轨，它具有导轨运动速度的变化对油膜厚度的影响很小、承重载荷的变化对油膜厚度的影响很小、液体摩檫的摩檫系数仅为0.005左右、油膜抗振性好等优点；因此，静压导轨在精密及超精密机床上的应用越来越广泛。
静压导轨大多由导轨底座、压板、静压滑块和工作台组成，其中，静压滑块是静压导轨的重要组成部分，静压滑块在静压导轨内的排布方式会影响静压导轨整体的性能；目前，用于精密及超精密机床上的静压导轨内静压滑块的布置方案主要有两种，分别是：
1、（3+3）方案：在工作台的底部两侧各安装一个开有三腔的静压滑块（如图1所示），其中，安装在工作台底部左侧的静压滑块上开有上油腔、下油腔和左油腔，安装在工作台底部右侧的静压滑块上开有上油腔、下油腔和右油腔；但是，该方案存在一定的不足：X轴方向设置的两侧腔的平行度在静压滑块的左右面之间的平行度误差、静压滑块与工作台的安装面之间的平行度误差的多级传递之后存在误差较大的问题，且因在一个静压滑块上开有三个油腔，使得热变形对静压滑块的影响较大，从而导致静压导轨的运动精度较差；
2、（4+2）方案：在工作台的底部两侧分别安装一个四腔的静压滑块和一个两腔的静压滑块（如图2所示），其中，四腔的静压滑块用于进行X和Z方向的定位，两腔的静压滑块用于辅助使用；四腔的静压滑块上开有上油腔、下油腔、左油腔和右油腔，两腔的静压滑块开有上油腔和下油腔；但是，该方案存在一定的不足，用于对X方向进行定位的左油腔和右油腔只位于活动部件一侧，会导致工作台运动时出现受力不均匀的问题，同时，随着温度的升高，两侧的热变形程度不同，因热变形产生的误差会直接影响该静压导轨的运动精度。
因此，目前急需一种高精度的用于精密及超精密机床上的静压导轨。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种精度高的超精密非球面成型磨床用静压导轨。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种精度高的超精密非球面成型磨床用静压导轨，包括导轨底座，其特征在于：所述导轨底座上设有工作台和压板，导轨底座上纵向开有第一滑轨、第二滑轨和第三滑轨，其中，第三滑轨设在导轨底座的中部，第一滑轨和第二滑轨以导轨底座的纵向中心线为对称线呈左右对称设置在导轨底座靠两侧位置；
工作台的底面上设有第一滑块、第二滑块和第三滑块，其中，第三滑块设在工作台底面的中部位置，第三滑块的底面上设有丝杠螺母座；第一滑块和第二滑块以工作台的纵向中心线为对称线呈左右对称设置在工作台底面靠两侧位置；第一滑块和第二滑块的顶面上均开有上油腔，底面上均开有下油腔，第三滑块的左侧侧壁上开有左油腔，右侧侧壁上开有右油腔；第一滑块与第一滑轨滑动连接在一起，第二滑块与第二滑轨滑动连接在一起，第三滑块与第三滑轨滑动连接在一起，工作台通过第一滑块、第二滑块、第三滑块与第一滑轨、第二滑轨、第三滑轨之间的滑动连接和导轨底座滑动连接在一起；
压板在第一滑轨和第二滑轨的顶部均有设置，压板用于限制第一滑块和第二滑块上下方向的自由度。
优选的，所述第一滑块滑动连接在第一滑轨内的滑动面与第一滑轨内所对应的滑轨面之间的间隙为2μm-2.5μm，第一滑块的顶面与所对应侧压板的底面之间的间隙为2μm-2.5μm。
优选的，所述第二滑块滑动连接在第二滑轨内的滑动面与第二滑轨内所对应的滑轨面之间的间隙为2μm-2.5μm，第二滑块的顶面与所对应侧压板的底面之间的间隙为2μm-2.5μm。
优选的，所述第三滑块滑动连接在第三滑轨内的滑动面与第三滑轨内所对应的滑轨面之间的间隙为2μm-2.5μm。
优选的，所述丝杠螺母座上纵向开有贯通丝杠螺母座的螺纹孔，螺纹孔用于螺接丝杠。
优选的，所述第一滑块和第二滑块上开有的上油腔内的工作压力的阈值为3-27bar。
优选的，所述第一滑块和第二滑块上开有的下油腔内的工作压力的阈值为3-27bar。
优选的，所述第三滑块两侧侧壁上开有的左油腔和右油腔内的工作压力的阈值为3-27bar。
优选的，所述左油腔和右油腔的形状大小相同，且左油腔和右油腔以第三滑块的纵向中心线为对称线呈左右对称设置在第三滑块的两侧侧壁上。
优选的，所述安装板在导轨底座内进行滑动工作时，第一滑块和第二滑块上开有的上油腔和下油腔与第三滑块两侧侧壁上开有的左油腔和右油腔内的压力值相等。
较之现有技术，本发明的优点在于：
1、本发明通过设有第一滑块、第二滑块和第三滑块，通过在第一滑块和第二滑块上开有上油腔和下油腔，在第三滑块上开有左油腔和右油腔，实现了将上下油腔和左右油腔进行分离，无需在单个滑块上设置呈多轴分布的油腔；在加工方面，只开有两腔的第一滑块、第二滑块和第三滑块相较于开有三腔或者四腔的滑块来说更容易加工，同时加工精度也更容易得到保证；在装配方面，由于第一滑块、第二滑块和第三滑块都是两腔的滑块，因此在对第一滑块和第二滑块的装配过程中，Z轴的形位误差与X轴的形位误差在同一滑块上互不干扰，在对第三滑块的装配过程中，Y轴的形位误差与X轴的形位误差在同一滑块上互不干扰，降低了滑块的装配难度，能够更好的保证装配精度，具有良好的可靠性。
2、本发明通过在第三滑块的底面上设有丝杠螺母座，并令开在第三滑块两侧侧壁上的左油腔和右油腔的形状大小相同，这样在丝杠转动使丝杠螺母座沿丝杠进行运动，从而令工作台进行运动时，可以很好的消除工作台整体重心到油腔着力点所产生的扭矩，使左右油腔的受力状态保持一定的平衡，增加工作台运行时的稳定性，提高该静压导轨的运动精度，具有很好的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为3+3方案的结构示意图；
图2为4+2方案的结构示意图；
图3为本发明的结构示意图；
图4为本发明中第一滑块、第二滑块和第三滑块分布的结构示意图；
图5为3+3方案的静压导轨运动时工作台表面水平度波动的直线示意图；
图6为4+2方案的静压导轨运动时工作台表面水平度波动的直线示意图；
图7为本发明的静压导轨运动时工作台表面水平度波动的直线示意图。
附图标记：1、导轨底座；11、工作台；12、压板；13、第一滑轨；14、第二滑轨；15、第三滑轨；2、第一滑块；3、第二滑块；4、上油腔；5、下油腔；6、左油腔；7、右油腔；8、第三滑块；9、丝杠螺母座；91、螺纹孔；10、丝杠。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图3和图4，本发明提供一种精度高的超精密非球面成型磨床用静压导轨，包括导轨底座1，导轨底座1上设有工作台11和压板12，导轨底座1上纵向开有第一滑轨13、第二滑轨14和第三滑轨15，其中，第三滑轨15设在导轨底座1的中部，第一滑轨13和第二滑轨14以导轨底座1的纵向中心线为对称线呈左右对称设置在导轨底座1靠两侧位置；工作台11的顶面用于安装工件和夹具，底面上设有第一滑块2、第二滑块3和第三滑块8，其中，第三滑块8设在工作台11底面的中部位置，第三滑块8的底面上设有丝杠螺母座9，丝杠螺母座9与第三滑块8采用一体式结构设置在一起；第一滑块2和第二滑块3以工作台11的纵向中心线为对称线呈左右对称设置在工作台11底面靠两侧位置；第一滑块2和第二滑块3的顶面上均开有上油腔4，底面上均开有下油腔5，第三滑块8的左侧侧壁上开有左油腔6，右侧侧壁上开有右油腔7；第一滑块2与第一滑轨13滑动连接在一起，第二滑块3与第二滑轨14滑动连接在一起，第三滑块8与第三滑轨15滑动连接在一起，工作台11通过第一滑块2、第二滑块3、第三滑块8与第一滑轨13、第二滑轨14、第三滑轨15之间的滑动连接和导轨底座1滑动连接在一起；压板12在第一滑轨13和第二滑轨14的顶部均有设置，压板12用于限制第一滑块2和第二滑块3上下方向的自由度；本发明中，第一滑块2、第二滑块3和第三滑块8的顶面通过现有技术中已有的固定连接方式，如螺钉连接与工作台11的底面连接在一起，第一滑块2、第二滑块3和第三滑块8可采用市面上能够购买到的海浮乐系列为HS50-C的静压滑块来代替，第三滑块8的顶面通过现有技术中已有的固定连接方式，如螺钉连接与工作台11的底面连接在一起，同时，第三滑块8在进行加工时，对左油腔6和右油腔7的加工时的定位基准应与加工丝杠螺母座9整体外形的定位基准保持不变，以此保证左油腔6和右油腔7与丝杠螺母座9中心的平行度，从而保证第三滑块8和丝杠螺母座9装配在导轨底座1上时该静压导轨整体的运动精度。
进一步的，第一滑块2滑动连接在第一滑轨13内的滑动面与第一滑轨13内所对应的滑轨面之间的间隙为2μm-2.5μm，第一滑块2的顶面与所对应侧压板12的底面之间的间隙为2μm-2.5μm；前述留有的间隙用于同一机床上的静压***为该静压导轨提供油液时，油液能在该间隙内形成承载油膜，辅助第一滑块2在第一滑轨13与所对应侧的压板12之间进行滑动。
进一步的，第二滑块3滑动连接在第二滑轨14内的滑动面与第二滑轨14内所对应的滑轨面之间的间隙为2μm-2.5μm，第二滑块3的顶面与所对应侧压板12的底面之间的间隙为2μm-2.5μm；前述留有的间隙用于同一机床上的静压***为该静压导轨提供油液时，油液能在该间隙内形成承载油膜，辅助第二滑块3在第二滑轨14与所对应侧的压板12之间进行滑动。
进一步的，第三滑块8滑动连接在第三滑轨15内的滑动面与第三滑轨15内所对应的滑轨面之间的间隙为2μm-2.5μm；第三滑块8的滑动面为开有油腔的两侧面，前述留有的间隙用于同一机床上的静压***为该静压导轨提供油液时，油液能在该间隙内形成承载油膜，辅助第三滑块8在第三滑轨15内进行滑动。
进一步的，丝杠螺母座9上纵向开有贯通丝杠螺母座9的螺纹孔91，螺纹孔91用于螺接丝杠10；丝杠10用于与同一机床上的驱动电机传动连接，为工作台11在导轨底座1上滑动提供动力输入。
进一步的，第一滑块2和第二滑块3上开有的上油腔4内的工作压力的阈值为3-27bar。
进一步的，第一滑块2和第二滑块3上开有的下油腔5内的工作压力的阈值为3-27bar。
进一步的，第三滑块8两侧侧壁上开有的左油腔6和右油腔7内的工作压力的阈值为3-27bar。
进一步的，左油腔6和右油腔7的形状大小相同，且左油腔6和右油腔7以第三滑块8的纵向中心线为对称线呈左右对称设置在第三滑块8的两侧侧壁上。
进一步的，工作台11在导轨底座1内进行滑动工作时，第一滑块2和第二滑块3上开有的上油腔4和下油腔5与第三滑块8两侧侧壁上开有的左油腔6和右油腔7内的压力值相等；所有油腔内的压力值相等能够保证该静压导轨进行工作时的运动精度。
实施例1：本发明能够在精密及超精密机床上作为多轴的静压导轨，而并非只适用与单轴；参照图3和图4，本发明装配完成后，需要对第一滑块2与第一滑轨13和所对应侧的压板12、第二滑块3与第二滑轨14和所对应侧的压板12以及第三滑块8与第三滑轨15之间的间隙进行测量，需保证同一安装位置下的各间隙均处在2μm-2.5μm之间，允许各间隙的数值存在差异；本发明进行工作时，首先，通过同一机床上设有的静压***向静压导轨内注入液压油，当液压油在静压导轨内形成承载油墨时，方可控制同一机床上的驱动电机开始工作，带动丝杠10进行转动，从而使丝杠螺母座9沿丝杠10做直线运动，使得工作台11在导轨底座1上进行滑动；本发明在工作过程中，需要实时对各油腔内的压力值进行检测，可通过设置压力传感器对各油腔内压力值进行检测；当检测到任一油腔内的压力值大于27bar时，需要立即停止静压导轨的运动，等候压力值下降至25bar，此时，方可重启静压导轨，令其重新恢复运动，当检测到任一油腔内的压力值小于3bar时，同样需要立即停止静压导轨的运动，等候压力值回复至4bar，此时，方可重启静压导轨，令其重新回复运动；当任一油腔内的压力值出现异常时，例如压力值高居不下或者压力值过低，此时，操作人员应停止静压导轨的工作，并应当从机械损坏、热变形、液压油冷却不足、油泵压力不正常这几个方面入手对该静压导轨进行检查。
实施例2：参照图1和图2，图1和图2为现有技术中3+3方案的结构示意图和4+2方案的结构示意图；参照图5、图6和图7，本实施例对采用3+3方案的静压导轨、4+2方案的静压导轨以及本发明的静压导轨在运动时工作台表面的水平度波动进行检测，本实施例中采用水平仪进行对工作台表面的水平度进行检测，对采用3+3方案的静压导轨工作台水平运行的测试长度、对采用4+2方案的静压导轨工作台水平运行的测试长度以及本发明的静压导轨工作台水平运行的测试长度为2000mm；由图5可知，采用3+3方案的静压导轨的工作台表面的水平度波动达到3.8μm，由图6可知，采用4+2方案的静压导轨的工作台表面的水平度波动为3.3μm，由图7可知，本发明的静压导轨的工作台表面的水平波动为2.8μm，相较于3+3方案降低了1μm，相较于4+2方案降低了0.5μm；在精密及超精密机床上，如超精密非球面成型磨床，其用于对光学镜片的加工，对加工精度的要求非常的高，由于光学镜片的造价非常昂贵，超精密非球面成型磨床上单次加工的成本材料高达几十万，每有0.1μm的误差降低便能够很好的降低光学镜片的加工成本以及产品质量；本发明相较于现有技术中的静压导轨至少降低了0.5μm的误差，极大的降低了精密及超精密机床加工时的材料成本，并且很好的提高了产品的质量。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”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。
在本发明中， 除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种精度高的超精密非球面成型磨床用静压导轨，包括导轨底座（1），其特征在于：所述导轨底座（1）上设有工作台（11）和压板（12），导轨底座（1）上纵向开有第一滑轨（13）、第二滑轨（14）和第三滑轨（15），其中，第三滑轨（15）设在导轨底座（1）的中部，第一滑轨（13）和第二滑轨（14）以导轨底座（1）的纵向中心线为对称线呈左右对称设置在导轨底座（1）靠两侧位置；
工作台（11）的底面上设有第一滑块（2）、第二滑块（3）和第三滑块（8），其中，第三滑块（8）设在工作台（11）底面的中部位置，第三滑块（8）的底面上设有丝杠螺母座（9）；第一滑块（2）和第二滑块（3）以工作台（11）的纵向中心线为对称线呈左右对称设置在工作台（11）底面靠两侧位置；第一滑块（2）和第二滑块（3）的顶面上均开有上油腔（4），底面上均开有下油腔（5），第三滑块（8）的左侧侧壁上开有左油腔（6），右侧侧壁上开有右油腔（7）；第一滑块（2）与第一滑轨（13）滑动连接在一起，第二滑块（3）与第二滑轨（14）滑动连接在一起，第三滑块（8）与第三滑轨（15）滑动连接在一起，工作台（11）通过第一滑块（2）、第二滑块（3）、第三滑块（8）与第一滑轨（13）、第二滑轨（14）、第三滑轨（15）之间的滑动连接和导轨底座（1）滑动连接在一起；
压板（12）在第一滑轨（13）和第二滑轨（14）的顶部均有设置，压板（12）用于限制第一滑块（2）和第二滑块（3）上下方向的自由度。
2.根据权利要求1所述的一种精度高的超精密非球面成型磨床用静压导轨，其特征在于：所述第一滑块（2）滑动连接在第一滑轨（13）内的滑动面与第一滑轨（13）内所对应的滑轨面之间的间隙为2μm-2.5μm，第一滑块（2）的顶面与所对应侧压板（12）的底面之间的间隙为2μm-2.5μm。
3.根据权利要求1所述的一种精度高的超精密非球面成型磨床用静压导轨，其特征在于：所述第二滑块（3）滑动连接在第二滑轨（14）内的滑动面与第二滑轨（14）内所对应的滑轨面之间的间隙为2μm-2.5μm，第二滑块（3）的顶面与所对应侧压板（12）的底面之间的间隙为2μm-2.5μm。
4.根据权利要求1所述的一种精度高的超精密非球面成型磨床用静压导轨，其特征在于：所述第三滑块（8）滑动连接在第三滑轨（15）内的滑动面与第三滑轨（15）内所对应的滑轨面之间的间隙为2μm-2.5μm。
5.根据权利要求4所述的一种精度高的超精密非球面成型磨床用静压导轨，其特征在于：所述丝杠螺母座（9）上纵向开有贯通丝杠螺母座（9）的螺纹孔（91），螺纹孔（91）用于螺接丝杠（10）。
6.根据权利要求1所述的一种精度高的超精密非球面成型磨床用静压导轨，其特征在于：所述第一滑块（2）和第二滑块（3）上开有的上油腔（4）内的工作压力的阈值为3-27bar。
7.根据权利要求1所述的一种精度高的超精密非球面成型磨床用静压导轨，其特征在于：所述第一滑块（2）和第二滑块（3）上开有的下油腔（5）内的工作压力的阈值为3-27bar。
8.根据权利要求1所述的一种精度高的超精密非球面成型磨床用静压导轨，其特征在于：所述第三滑块（8）两侧侧壁上开有的左油腔（6）和右油腔（7）内的工作压力的阈值为3-27bar。
9.根据权利要求8所述的一种精度高的超精密非球面成型磨床用静压导轨，其特征在于：所述左油腔（6）和右油腔（7）的形状大小相同，且左油腔（6）和右油腔（7）以第三滑块（8）的纵向中心线为对称线呈左右对称设置在第三滑块（8）的两侧侧壁上。
10.根据权利要求1所述的一种精度高的超精密非球面成型磨床用静压导轨，其特征在于：所述工作台（11）在导轨底座（1）内进行滑动工作时，第一滑块（2）和第二滑块（3）上开有的上油腔（4）和下油腔（5）与第三滑块（8）两侧侧壁上开有的左油腔（6）和右油腔（7）内的压力值相等。
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