龙门加工中心方滑枕支撑刚度补偿系统的制作方法
【专利摘要】一种龙门加工中心方滑枕支撑刚度补偿系统，由刚度补偿装置、液压控制系统及电气控制模块构成，其特征在于，所述刚度补偿装置包括补偿驱动板、夹紧顶撑、法兰导套、导销，所述法兰导套固定在所述补偿驱动板上，所述导销固定在滑鞍结构或者滑鞍盖板结构上，所述补偿驱动板通过所述法兰导套可滑动安装在所述导销上，所述补偿驱动板的后平面上设置有M个顶撑孔，所述顶撑孔后为加压油腔，所述压力油进油口将加压油腔贯通，所述夹紧顶撑为回转体，所述夹紧顶撑环面上设置有密封圈安装沉槽，所述夹紧顶撑安装在所述顶撑孔内；所述液压控制系统由机床液压站动力源部分、液压阀块、节流阀、电磁比例低压减压阀、二位二通换向阀、溢流阀、压力表缓冲器及压力表构成，所述机床液压站动力源部分一根分支油路经节流阀调节流量后，由电磁比例低压减压阀进行压力调节，压力调节后的压力油经分路块连接到所述补偿驱动板的压力油进油口处；所述电气控制模块包括机床Z轴进给坐标信号单元、D/A转换器及电磁比例低压减压阀的开环控制器。本实用新型提出了一种根据方滑枕Z轴进给坐标信号而自适应补偿微间隙的方滑枕支撑刚度补偿系统。
【专利说明】龙门加工中心方滑枕支撑刚度补偿系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及机床精度补偿系统，尤其是一种用于补偿龙门加工中心方滑枕滑动导轨支撑刚度及机床加工精度的补偿系统。
【背景技术】
[0002]在大型龙门数控加工中心、立式车削加工中心、数控落地镗铣床等重型加工设备中，方滑枕与滑鞍结构是重要组成结构之一。滑枕(Ram)是装有刀架或主轴箱等部件，具有导轨可在床身或其他部件上移动的枕状功能部件，而方滑枕的导轨基本就是其自身。现有重型加工设备的滑枕一般采用方滑枕结构形式，以方滑枕四面精磨形成导轨面，与滑鞍内表面形成滑动摩擦导轨副，并伴以动压润滑或者油润滑。滑动摩擦副存在着的微间隙，是形成润滑油膜，利于方滑枕运动的前提条件，与此同时，微间隙的存在也是影响滑枕与滑鞍配合结构的重要因素，当微间隙过小时，会使得边界润滑油膜破裂，摩擦阻力大幅上升，从而出现数控机床Z轴进给定位精度下降、低速爬行现象加剧、滑动不畅、加剧磨损甚至抱死等不良现象；而当微间隙过大时，滑枕与滑鞍之间的接触刚度大大削弱，从而造成加工震颤、零件加工表面不平整等问题，与此同时，间隙值S本身是机床加工精度的影响因子，并伴随着滑枕的伸出，间隙值S对定位精度的影响被成倍放大,从而造成机床的定位精度、重复定位精度降低。
[0003]基于上述的分析，方滑枕与滑鞍结构之间的微间隙值的控制，对于提升机床的整体性能、加工精度等起着重要的作用。方滑枕与滑鞍之间的装配结构形式的具体分析，有助于加深对方滑枕微间隙形成原因的理解并且提出一种合理有效的补偿方法，对于方滑枕与滑鞍的具体装配结构，详见说明书附图1与2，针对具体结构的分析，在说明书后文中做进一步详细的说明。
【发明内容】
[0004]为了克服龙门加工中心方滑枕采用滑动导轨存在着微间隙，致使方滑枕伸出时支撑刚度下降，引起机床加工时加工精度下降、刀具振动、零件表面加工质量下降等问题，本实用新型提出了一种根据方滑枕Z轴进给坐标信号而自适应补偿微间隙的方滑枕支撑刚度补偿系统。
[0005]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]一种龙门加工中心方滑枕支撑刚度补偿系统，由刚度补偿装置、液压控制系统及电气控制模块构成，其特征在于，所述刚度补偿装置包括补偿驱动板、夹紧顶撑、法兰导套、导销，所述法兰导套固定在所述补偿驱动板上，所述导销固定在滑鞍结构或者滑鞍盖板结构上，所述补偿驱动板通过所述法兰导套可滑动安装在所述导销上，所述补偿驱动板的后平面上设置有M个顶撑孔，所述顶撑孔后为加压油腔，所述压力油进油口将加压油腔贯通，所述夹紧顶撑为回转体，所述夹紧顶撑环面上设置有密封圈安装沉槽，所述夹紧顶撑安装在所述顶撑孔内；所述液压控制系统由机床液压站动力源部分、液压阀块、节流阀、电磁比例低压减压阀、二位二通换向阀、溢流阀、压力表缓冲器及压力表构成，所述机床液压站动力源部分一根分支油路经节流阀调节流量后，由电磁比例低压减压阀进行压力调节，压力调节后的压力油经分路块连接到所述补偿驱动板的压力油进油口处；所述电气控制模块包括机床Z轴进给坐标信号单元、D/A转换器及电磁比例低压减压阀的开环控制器。
[0007]进一步，所述夹紧顶撑为回转体，前半段为球形支撑，后半段为柱体，在所述柱体的环形面上设置有密封圈安装沉槽，在所述密封圈安装沉槽上安装有0型密封圈配合挡圈，或者安装Y型密封圈。
[0008]再进一步，所述补偿驱动板的前端面上呈“十”字对称布置有四个小斜度楔形安装面，间隙调整楔形嵌条通过连接块固定在所述小斜度楔形安装面上；所述刚度补偿装置包括两块补偿驱动板，一块补偿驱动板通过法兰导套、导销结构可滑动安装在所述滑鞍结构上，另一块补偿驱动板通过法兰导套、导销结构可滑动安装在所述滑鞍盖板结构上。
[0009]作为优选的一种方案:所述补偿驱动板的后平面上设置有八个顶撑孔，所述顶撑孔呈左右对称布置。
[0010]作为优选的另一种方案:所述液压控制系统的控制由节流阀、电磁比例低压减压阀实现，机床液压站动力源部分的主油路接到滑枕平衡油缸、拉刀油缸及刀库换刀液压马达等执行器上，其中，机床液压站动力源部分的一根支路经节流阀或者节流孔节流后连接到电磁比例低压减压阀的入油口上，经调压后的液压油由分路块分别连接到所述补偿驱动板的压力油进油口处，所述电磁比例低压减压阀的溢流口接单向阀后单独接回油箱，所述电磁比例低压减压阀的比例先导阀的远程控制X 口上接在二位二通换向阀的P 口，所述二位二通换向阀的B 口连接有溢流阀，A 口堵死，T 口接回泄油路。
[0011]作为优选的再一种方案:所述电气控制模块包括机床Z轴进给坐标信号单兀、D/A转换器及电磁比例低压减压阀的开环控制器。所述机床Z轴进给坐标信号单元包括Z轴进给伺服电机编码器、机床电气系统，机床电气系统的PLC模块能对Z轴坐标信号进行处理，处理后的信号经D/A转换器后转变为0-10V的模拟电压，输出的模拟电压经开环控制器调节后转变为电磁比例低压减压阀的模拟电流。
[0012]本实用新型的有益效果体现在:
[0013]针对龙门加工中心方滑枕采用滑动导轨存在着微间隙，致使方滑枕伸出时支撑刚度下降，引起机床加工时加工精度下降、刀具振动、零件表面加工质量下降等问题，提出了一种根据方滑枕Z轴进给坐标信号而自适应补偿微间隙的支撑刚度补偿系统，现场调试说明，该系统能有效提高机床滑枕支撑刚度，改善机床的零件表面加工质量，同时对机床定位精度具有一定的补偿效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是龙门加工中心滑枕滑鞍装配结构示意图
[0015]图2是龙门加工中心滑枕、间隙调整楔形嵌条与滑鞍的结构示意图
[0016]图3是本实用新型的刚度补偿装置结构图
[0017]图4是本实用新型的刚度补偿装置结构图(另一视图)
[0018]图5是本实用新型的刚度补偿装置结构局部放大图
[0019]图6是本实用新型液压控制系统原理图【具体实施方式】
[0020]结合图1?图6，在介绍本实用新型龙门加工中心方滑枕支撑刚度补偿系统的实施例之前，首先介绍龙门加工中心方滑枕结构、装配关系及方滑枕滑动导轨间隙调整方法。
[0021]滑枕与滑鞍结构采用滑动导轨配合形式，其具体结构如下:结合附图1、2，方滑枕I安装在滑鞍101内，用滑鞍盖板102固定，形成四面包围结构。滑枕在滑鞍的配合面上滑动摩擦，有四个导轨支撑面，其中滑鞍上有两个面精磨，为基准面，而与这两个面配合形成环抱形状的另外两个面，即滑鞍上另一面以及滑鞍盖板上的工作面，为间隙调整面。在现有的机床装配技术中，通过间隙调整楔形嵌条103来调整机床滑枕滑动时的微间隙值S，该微间隙值S成为影响机床加工精度的制约因素之一。滑枕滑动导轨的原始间隙调整，目前普遍采用人工调整的方法，将滑枕装配到滑鞍上之后，将滑鞍盖板装配锁死。滑枕在滑鞍内部存在一定的间隙，用间隙调整楔形嵌条103进行微量调整，主要判断依据为滑枕在动压润滑下的滑动阻力。具体的调整方法及工作原理见附图2，通过连接块3上的调节螺钉，使间隙调整楔形嵌条103在滑鞍的小斜度楔形安装面上滑动，调整间隙大小，而斜度值为1:100。原始间隙一旦调整完成，就不会改变。故，微间隙值8即完成间隙调整楔形嵌条调整后形成的间隙。
[0022]介绍了传统龙门加工中心滑枕的装配结构之后，结合附图介绍本实用新型的方滑枕支撑刚度补偿系统。
[0023]一种龙门加工中心方滑枕支撑刚度补偿系统，由刚度补偿装置、液压控制系统及电气控制模块构成，所述刚度补偿装置包括补偿驱动板2、夹紧顶撑2-2、法兰导套2-1、导销，所述法兰导套2-1固定在所述补偿驱动板上，所述导销固定在滑鞍结构或者滑鞍盖板结构上，所述补偿驱动板通过所述法兰导套可滑动安装在所述导销上，所述补偿驱动板的后平面上设置有M个顶撑孔2-3，所述顶撑孔后为加压油腔，所述压力油进油口 2-4将加压油腔贯通，所述夹紧顶撑为回转体，所述夹紧顶撑环面上设置有密封圈安装沉槽，所述夹紧顶撑安装在所述顶撑孔内；所述液压控制系统由机床液压站动力源部分4-1、液压阀块、节流阀4-3、电磁比例低压减压阀4-4、二位二通换向阀4-5、溢流阀4-6、压力表缓冲器及压力表4-8构成，所述机床液压站动力源部分一根分支油路经节流阀调节流量后，由电磁比例低压减压阀进行压力调节，压力调节后的压力油经分路块连接到所述补偿驱动板的压力油进油口 2-4处；所述电气控制模块包括机床Z轴进给坐标信号单元、D/A转换器5-2及电磁比例低压减压阀的开环控制器5-3。
[0024]所述夹紧顶撑为回转体，前半段为球形支撑2-6，后半段为柱体，在所述柱体的环形面上设置有密封圈安装沉槽2-7，在所述密封圈安装沉槽上安装有0型密封圈配合挡圈，或者安装Y型密封圈。
[0025]所述补偿驱动板的前端面上呈“十”字对称布置有四个小斜度楔形安装面2-5，间隙调整楔形嵌条通过连接块3固定在所述小斜度楔形安装面上；所述刚度补偿装置包括两块补偿驱动板，一块补偿驱动板通过法兰导套、导销结构可滑动安装在所述滑鞍结构上，另一块补偿驱动板通过法兰导套、导销结构可滑动安装在所述滑鞍盖板结构上。
[0026]所述补偿驱动板的后平面上设置有八个顶撑孔，所述顶撑孔呈左右对称布置。
[0027]所述液压控制系统的控制由节流阀4-3、电磁比例低压减压阀4-4实现，机床液压站动力源部分的主油路4-2接到滑枕平衡油缸、拉刀油缸及刀库换刀液压马达等执行器上，其中，机床液压站动力源部分的一根支路经节流阀或者节流孔节流后连接到电磁比例低压减压阀的入油口上，经调压后的液压油由分路块分别连接到所述补偿驱动板的压力油进油口处，所述电磁比例低压减压阀的溢流口接单向阀4-7后单独接回油箱，所述电磁比例低压减压阀的比例先导阀的远程控制X 口上接在二位二通换向阀的P 口，所述二位二通换向阀的B 口连接有溢流阀，A 口堵死，T 口接回泄油路。
[0028]所述电气控制模块包括机床Z轴进给坐标信号单元、D/A转换器及电磁比例低压减压阀的开环控制器。所述机床Z轴进给坐标信号单元包括Z轴进给伺服电机编码器、机床电气系统，机床电气系统的PLC模块5-1能对Z轴坐标信号进行处理,处理后的信号经D/A转换器后转变为0-10V的模拟电压，输出的模拟电压经开环控制器调节后转变为电磁比例低压减压阀的模拟电流。
[0029]方滑枕支撑刚度补偿系统是根据Z轴位移坐标信号进行自适应补偿的，故该系统对机床电气控制系统提出了扩展的要求:机床电气控制系统能将Z轴位移坐标信号转化为0?IOV的电压模拟信号输出，同时，通过电气系统PLC处理器,能根据实际工况输出离散型的电气补偿值或者连续模拟信号。
[0030]电气控制模块的控制信号传递关系如下:Z轴坐标位移信号由光栅尺或者编码器采集，采集的信号为正弦波数字信号，该数字信号直接传递给机床电气系统的PLC模块，经逻辑处理之后由D/A转换电子模块转变城0-10V的电压模拟信号，电压模拟信号输入到电磁比例低压减压阀的开环控制器上，输出为电流模拟信号，该电流模拟信号可以用来驱动电磁比例低压减压阀的电磁铁，从而调定系统的压力值，调定的系统压力值用于驱动夹紧顶撑，从而实现支撑刚度增强的间隙补偿。
【权利要求】
1.一种龙门加工中心方滑枕支撑刚度补偿系统，由刚度补偿装置、液压控制系统及电气控制模块构成，其特征在于，所述刚度补偿装置包括补偿驱动板、夹紧顶撑、法兰导套、导销，所述法兰导套固定在所述补偿驱动板上，所述导销固定在滑鞍结构或者滑鞍盖板结构上，所述补偿驱动板通过所述法兰导套可滑动安装在所述导销上，所述补偿驱动板的后平面上设置有M个顶撑孔，所述顶撑孔后为加压油腔，所述压力油进油口将加压油腔贯通，所述夹紧顶撑为回转体，所述夹紧顶撑环面上设置有密封圈安装沉槽，所述夹紧顶撑安装在所述顶撑孔内；所述液压控制系统由机床液压站动力源部分、液压阀块、节流阀、电磁比例低压减压阀、二位二通换向阀、溢流阀、压力表缓冲器及压力表构成，所述机床液压站动力源部分一根分支油路经节流阀调节流量后，由电磁比例低压减压阀进行压力调节，压力调节后的压力油经分路块连接到所述补偿驱动板的压力油进油口处；所述电气控制模块包括机床Z轴进给坐标信号单元、D/A转换器及电磁比例低压减压阀的开环控制器。
2.如权利要求1所述的方滑枕支撑刚度补偿系统，其特征在于:所述夹紧顶撑为回转体，前半段为球形支撑，后半段为柱体，在所述柱体的环形面上设置有密封圈安装沉槽，在所述密封圈安装沉槽上安装有O型密封圈配合挡圈，或者安装Y型密封圈。
3.如权利要求1所述的方滑枕支撑刚度补偿系统，其特征在于:所述补偿驱动板的前端面上呈“十”字对称布置有四个小斜度楔形安装面，间隙调整楔形嵌条通过连接块固定在所述小斜度楔形安装面上；所述刚度补偿装置包括两块补偿驱动板，一块补偿驱动板通过法兰导套、导销结构可滑动安装在所述滑鞍结构上，另一块补偿驱动板通过法兰导套、导销结构可滑动安装在所述滑鞍盖板结构上。
4.如权利要求1或2或3所述的方滑枕支撑刚度补偿系统，其特征在于:所述补偿驱动板的后平面上设置有八个顶撑孔，所述顶撑孔呈左右对称布置。
5.如权利要求1或2或3所述的方滑枕支撑刚度补偿系统，其特征在于:所述液压控制系统的控制由节流阀、电磁比例低压减压阀实现，机床液压站动力源部分的主油路接到滑枕平衡油缸、拉刀油缸及刀库换刀液压马达等执行器上，其中，机床液压站动力源部分的一根支路经节流阀或者节流孔节流后连接到电磁比例低压减压阀的入油口上，经调压后的液压油由分路块分别连接到所述补偿驱动板的压力油进油口处，所述电磁比例低压减压阀的溢流口接单向阀后单独接回油箱，所述电磁比例低压减压阀的比例先导阀的远程控制X 口上接在二位二通换向阀的P 口，所述二位二通换向阀的B 口连接有溢流阀，A 口堵死，T 口接回泄油路。
6.如权利要求1或2或3所述的方滑枕支撑刚度补偿系统，其特征在于:所述电气控制模块包括机床Z轴进给坐标信号单元、D/A转换器及电磁比例低压减压阀的开环控制器。所述机床Z轴进给坐标信号单兀包括Z轴进给伺服电机编码器、机床电气系统,机床电气系统的PLC模块能对Z轴坐标信号进行处理，处理后的信号经D/A转换器后转变为O-1OV的模拟电压，输出的模拟电压经开环控制器调节后转变为电磁比例低压减压阀的模拟电流。
【文档编号】B23Q37/00GK203542245SQ201320781963
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】郑祥模 申请人:郑祥模