一种提拉式氮气平衡器的制作方法

本发明涉及机械加工领域，特别是一种提升机床的工艺节拍、工作效率及被加工表面加工精度的平衡器。

背景技术：

机床的垂直运动部件不仅受到驱动力、切削力等的作用，还受到自身重量的重力作用。由于该力作用方向与部件的运动方向一致，不能像水平运动部件那样用支承件来承受。如果这个重力得不到补偿，则会对部件运动平稳性带来不良的影响，严重时会造成失控。随着机床制造技术的发展，现代机床部件的运动速度越来越快，控制的精度也越来越高，对部件运动的平稳性的要求则更高了，因此需要对部件的重力进行更精确的平衡，传统的液压平衡回路已无法满足机床的平衡要求。

高速和高精度机床已经基本可以满足现有零部件加工要求，但是工艺的排序和非标准的特性对机床的要求非常高。机床的关键性能是响应速度和加工精度，而影响这一关键性能之一的因素是对部件运动的平衡控制。目前常用的平衡控制技术包括油压平衡器、配重块平衡、压缩空气平衡器以及上顶式氮气平衡器。虽然这些平衡器均能提高机床的稳定性，但仍然存在以下不足：

油压平衡器的缺点：油压平衡器需要油压单元及配管，且油压回路的油温极其容易上升，需要降温处理，另一种油压平衡器为将整套平衡器做成保压系统，带有一个标准蓄能罐作为能量储存，活塞压缩时，将油品压入蓄能器内部，活塞释放时，油品从蓄能器内部吐出，因该蓄能器为皮囊式或隔膜式，蓄能器使用寿命较低，且油压响应速度相对气压式慢很多，所以工艺节拍会被放慢很多。

配重块平衡器的缺点：响应速度缓慢，使得工作节拍被拖慢很多，进而导致整个机床响应速度相差很多。

压缩空气平衡器的缺点：压缩空气平衡器响应速度提高许多，但是压缩空气平衡器因需要平衡的力是固定的，压缩空气标准压强为0.4-0.8mpa，因此压缩空气平衡器需要做的缸体直径非常大，占用机床设计空间很大，导致机床本身自重很重。

上顶式氮气平衡器缺点：如图1所示，上顶式氮气平衡器虽然解决响应速度慢的问题，但由于其安装位置必须处于主轴头底部，本身占用了机床很大一部分设计空间；另外，对于紧凑型机床来说，由于这部分机床空间有限，而要满足主轴头的平衡要求，平衡器会做得很大，甚至大到无法安装在有限的机床空间内。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种响应速度快且不受机床空间限制的提拉式氮气平衡器。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种提拉式氮气平衡器，包括连接杆、缸体组件、导向管、活塞和支撑座；

所述的导向管固定在缸体组件内，导向管外侧面与缸体组件内侧面构成储存气体的封闭腔体；所述的活塞上端嵌套在导向管的外侧，与导向管的外侧面活动连接、并同时与缸体组件的内侧面活动连接；所述的活塞下端固定在支撑座上，所述的支撑座固定在主轴头上方的机架上；所述的连接杆穿过上端盖、导向管、活塞和支撑座连接到主轴头上。

进一步地，所述的缸体组件包括缸体、上端盖和下端盖，所述的缸体两端分别连接上端盖和下端盖；所述的导向管的上端与上端盖连接、下端嵌入活塞的内孔中；所述的活塞的下端与支撑座连接、上端与缸体活动连接。

进一步地，所述的缸体两端分别通过螺纹连接上端盖和下端盖，所述的导向管的上端通过螺纹与上端盖连接；所述的活塞的下端通过内六角螺钉与支撑座连接、上端外侧表面与缸体的内表面活动连接、上端内侧表面与导向管的外表面连接。

进一步地，所述的缸体与上端盖之间通过上端盖外o型密封圈a和上端盖外o型密封圈b密封，所述的上端盖与导向管之间通过上端盖内o型密封圈b和上端盖内o型密封圈a密封；所述的缸体与下端盖之间通过下端盖外o型密封圈a和下端盖外o型密封圈b密封；所述的下端盖与活塞之间设置活塞唇形密封圈、小导向带a和小导向带b；所述的活塞与支撑座之间通过倒角配合；所述的活塞内侧表面与导向管的外侧表面之间设置导向管唇形密封圈和大导向带。

进一步地，所述的连接杆为t形圆柱杆，t形圆柱杆的大头端直径大于导向管内孔直径、小头端直径小于导向管内孔直径。

进一步地，所述的活塞为中空t形圆管，t形圆管大头端外径小于缸体内径，t形圆管内径大于导向管最大外径；t形圆管大头端外侧表面与缸体内侧表面之间设置大导向带、其内侧面与导向管外侧面之间设置导向唇形圈；所述的下端盖外侧面与缸体下端的内侧面之间沿轴向设置下端盖外o型密封圈a和下端盖外o型密封圈b；所述的上端盖外侧面与缸体上端的内侧面之间沿轴向设置上端盖外o型密封圈a和上端盖外o型密封圈b；所述的上端盖内侧面与导向管上端的外侧面之间沿轴向设置上端盖内o型密封圈b和上端盖内o型密封圈a；所述的下端盖内侧面与活塞的外侧面之间沿轴向从上至下依次设置小导向带a、活塞唇形密封圈和小导向带b。

进一步地，所述的气体为可压缩性气体，包括氮气、氧气或氩气。

进一步地，所述的上端盖上设置有补气装置，所述的补气装置包括充气阀和端面保险顶丝。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、由于本发明采用了氮气平衡技术，从而保证了平衡器的响应速度快。

2、由于本发明用空心活塞代替实心活塞，实现了平衡器的提拉功能。

3、由于本发明具有提拉功能，就可以将整个平衡器安装在机床主轴头上方的机架上，而机构架上方具有不受机床限制的空间，平衡器的行程和空间都可以满足较重机头的大尺寸要求。

4、本发明通过采用多个o形密封圈、多个唇形密封圈以及多个导向带，实现了缸体组件与导向管和活塞之间的密封，从而保证了整个平衡器工作的可靠性。

5、本发明构简单，安装方便，便于对现有机床进行改造。

6、本发明作为一种提拉式的氮气平衡器，尤其适用于立式、卧式等各种加工中心、龙门加工中心等主轴重量很重的机型以及在加工中对机床响应速度和被加工工件表面要求极高的机型中使用。

附图说明

图1是现有技术中的上顶式氮气平衡器安装位置示意图。

图2是本发明的提拉式氮气平衡器结构示意图。

图3是本发明的提拉式氮气平衡器安装位置示意图。

图中：1、连接杆，2、上端盖，3、上端盖外o型密封圈a，4、缸体，5、导向管，6、导向管唇形密封圈，7、大导向带，8、o型密封圈b，9、下端盖外o型密封圈b，10、活塞，11、支撑座，12、上端盖内o型密封圈b，13、上端盖外o型密封圈b，14、上端盖内o型密封圈a，15、下端盖，16、小导向带a，17、活塞唇形密封圈，18、小导向带b，19、内六角螺钉，20、充气阀，21、端面保险顶丝。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图2所示，一种提拉式氮气平衡器，包括连接杆1、缸体组件、导向管5、活塞10和支撑座11；

所述的导向管5固定在缸体组件内，导向管5外侧面与缸体组件内侧面构成储存气体的封闭腔体；所述的活塞10上端嵌套在导向管5的外侧，与导向管5的外侧面活动连接、并同时与缸体组件的内侧面活动连接；所述的活塞10下端固定在支撑座11上，所述的支撑座11固定在主轴头上方的机架上；所述的连接杆1穿过上端盖2、导向管5、活塞10和支撑座11连接到主轴头上。

进一步地，所述的缸体组件包括缸体4、上端盖2和下端盖15，所述的缸体4两端分别连接上端盖2和下端盖15；所述的导向管5的上端与上端盖2连接、下端嵌入活塞10的内孔中；所述的活塞10的下端与支撑座11连接、上端与缸体4活动连接。

进一步地，所述的缸体4两端分别通过螺纹连接上端盖2和下端盖15，所述的导向管5的上端通过螺纹与上端盖2连接；所述的活塞10的下端通过内六角螺钉19与支撑座11连接、上端外侧表面与缸体4的内表面活动连接、上端内侧表面与导向管5的外表面连接。

进一步地，所述的缸体4与上端盖2之间通过上端盖外o型密封圈a3和上端盖外o型密封圈b13密封，所述的上端盖2与导向管5之间通过上端盖内o型密封圈b12和上端盖内o型密封圈a14密封；所述的缸体4与下端盖15之间通过下端盖外o型密封圈a8和下端盖外o型密封圈b9密封；所述的下端盖15与活塞10之间设置活塞唇形密封圈17、小导向带a16和小导向带b18；所述的活塞10与支撑座11之间通过倒角配合；所述的活塞10内侧表面与导向管5的外侧表面之间设置导向管唇形密封圈6和大导向带7。

进一步地，所述的连接杆1为t形圆柱杆，t形圆柱杆的大头端直径大于导向管5内孔直径、小头端直径小于导向管5内孔直径。

进一步地，所述的活塞10为中空t形圆管，t形圆管大头端外径小于缸体4内径，t形圆管内径大于导向管5最大外径；t形圆管大头端外侧表面与缸体4内侧表面之间设置大导向带7、其内侧面与导向管5外侧面之间设置导向管唇形密封圈6；所述的下端盖外侧面与缸体4下端的内侧面之间沿轴向设置下端盖外o型密封圈a8和下端盖外o型密封圈b9；所述的上端盖2外侧面与缸体4上端的内侧面之间沿轴向设置上端盖外o型密封圈a3和上端盖外o型密封圈b13；所述的上端盖2内侧面与导向管5上端的外侧面之间沿轴向设置上端盖内o型密封圈b12和上端盖内o型密封圈a14；所述的下端盖15内侧面与活塞10的外侧面之间沿轴向从上至下依次设置小导向带a16、活塞唇形密封圈17和小导向带b18。

进一步地，所述的气体为氮气。

进一步地，所述的上端盖2上设置有补气装置，所述的补气装置包括充气阀20和端面保险顶丝21。

本发明的工作原理如下：

本发明的初始状态即空载时，活塞10大头端位于缸体4的底部，当连接杆1的下端与主轴头连接后，由于受到重力的作用，连接杆1会带动缸体组件和导向管5沿活塞10向下运行，使缸体组件的封闭腔体中的气体被压缩，而压缩气体产生的压力会推动缸体组件和导向管5沿活塞10向上运行，当压缩气体产生的压力与主轴头的重力相等时，主轴头就会处于受力平衡状态，从而消除了主轴头的重力影响。

图3所示为本发明在机床上的安装位置，与图1相比，本发明的安装位置几乎不受空间的限制，完全可以根据主轴头重量的需要设计更大的尺寸。

本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。