使用密封件的液體不連續流動精密圓轉臺靜壓導軌的製作方法

2023-05-17 10:53:36 2

專利名稱：使用密封件的液體不連續流動精密圓轉臺靜壓導軌的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於一種圓轉臺靜壓導軌，特別是涉及一種運動導軌幾乎不隨負載的
變化而發生位移，剛性好精度高，具有很高的抗偏載能力的使用密封件的液體不連續流動 精密圓轉臺靜壓導軌。
背景技術：
在大型精密工具機上常採用靜壓導軌，當採用靜壓導軌時，工具機的運動部件被油壓 浮起，導軌的運動部分和靜止部分之間有0.01 0. 04mm厚度的油膜，消除了動靜導軌之 間的幹摩擦，所以形成純液體摩擦阻力，摩擦係數僅為0. 0005，而金屬對金屬的摩擦係數達 0. 1以上，從而採用靜壓導軌可以使導軌的摩擦力降低到1/1000，大大降低了驅動功率，極 大地提高傳動效率，消除了爬行；傳統靜壓導軌的另一優點是在正常使用下，由於沒有金屬 對金屬的直接摩擦，其導軌的使用壽命是無限的。在傳統靜壓導軌中，一切都建立在油的受 阻連續流動上，在傳統結構靜壓導軌上，當負載變大時，導軌的運動部分要產生一嚮導軌靜 止部分的靠近，靠這一位移，使承載油腔向外流油的縫隙減小，流動的阻力加大，因而壓力 升高，直到這一壓力升高產生的力與負載增大平衡時，才能穩定在一個新的位置，這就造成 了剛性的不足和精度的降低，當出現偏置負載時，這一現象就會更嚴重。因此在應用中，傳 統靜壓導軌存在以下主要缺點 1、需要有一個可靠供油系統，因而消耗動力，使用成本高。 2、靜壓導軌供油系統的液壓油在壓力循環中發熱，需要配置冷卻器。 3、傳統靜壓導軌的油路系統部分為開式，因而容易發生漏損而汙染環境，使用時
油也常被汙染而造成導軌磨損。 4、當發生偏載時，傳統靜壓導軌的抗偏載剛度較低。
發明內容本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種運動導軌幾乎不隨負 載的變化而發生位移，剛性好精度高，具有很高的抗偏載能力的使用密封件的液體不連續 流動精密圓轉臺靜壓導軌。 本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題所採取的技術方案是一種使用 密封件的液體不連續流動精密圓轉臺靜壓導軌，包括有靜導軌、嵌入在靜導軌內並帶動工 作臺旋轉的動導軌、以及為了減少靜導軌與動導軌之間的摩擦而向靜導軌內供油的供油系 統，所述的靜導軌內等間距的設置有多個通過各自對應的進油油路與供油系統連通的油壓 室，所述的每一個油壓室都被動導軌分割為上油壓室和下油壓室兩部分，所述的上油壓室 和下油壓室內分別對應設置有上密封件和下密封件。 所述的每一個下油壓室都連通一個進油油路，所述的每一個上油壓室的頂端都連 通一個油路，其中，所述的每一個油路上都分別對應設置有一個用於調節上油壓室和下油 壓室之間油壓的單向調節閥。
3[0010] 所述的下油壓室的面積大於上油壓室的面積。 所述的上密封件和下密封件的結構相同，包括有環形密封主體，設置在環形密封 主體的位於動導軌那一端上的導軌板，設置在環形密封主體外周面上的第一 0型密封環， 以及設置在環形密封主體另一端上的第二 0型密封環。 所述的導軌板採用聚四氟材料為基材。
所述的靜導軌內等間距的設置有3個以上與進油油路連通的油壓室。 當所述的靜導軌內等間距的設置3個油壓室時，其中的一個油壓室為獨立配製供
油結構，所述的供油結構包括有與其它油壓室的供油系統相同的供油系統，在供油系統與
通向下油壓室和上油壓室的油路之間設置一個電液伺服閥，在靜導軌的對應位置上設置一
個電容位移傳感器檢測動導軌的垂直位移，所述的電容位移傳感器依次通過第一放大器、
比較器和第二放大器與電液伺服閥連接，所述的比較器還接收已設定的用於與電容位移傳
感器所傳信號進行比較的指令信號。 本實用新型的使用密封件的液體不連續流動精密圓轉臺靜壓導軌，具有的優點和 積極效果是 1、導軌工作時有油壓，而無油的受阻連續流動，是真正的靜壓，無功率損耗，從根 本上消除了傳統靜壓導軌的發熱現象，又不需要像傳統靜壓導軌一樣有一連續的工作油 源，只需要一套容量很小的油源間歇工作即可。 2、靜導軌中，液壓油是完全封閉的，無必然的漏損，因而既不汙染環境，也不會被 環境汙染，是一種真正清潔的綠色靜壓導軌。 3、由於液壓油是完全封閉的，當負荷發生變化時，壓力瞬間隨之變化以平衡負荷 的脈動，但由於液壓油本身的彈性模量在密閉的空間裡非常大，幾乎可以識為是剛性的，其 體積的壓縮量很小可以忽略不計，因而本實用新型的靜壓導軌剛性很高，運動導軌幾乎不 隨負載的變化而發生位移，因而剛性好精度高，當出現負載偏置時，幾乎不影響導軌精度， 有很高的抗偏載能力。 本實用新型的使用密封件的液體不連續流動精密圓轉臺靜壓導軌，在採用電液伺 服控制時，可實現轉臺的超精密運動精度並可用作超精密進給機構。

圖1是本實用新型的俯視圖； 圖2是圖1的A-A剖面示意圖； 圖3是圖2中I的局部放大示意圖； 圖4是本實用新型的第2實施例的結構示意圖； 圖5是圖4中I的局部放大示意圖。 圖中的標號分別是 1-靜導軌；2_動導軌；3_工作檯；4_進油油路；5_供油系統；6_上油壓室；7_下 油壓室；8-上密封件；9-下密封件；10-油路；11 16-單向調節閥；17-環形密封主體； 18-導軌板；19-第一 0型密封環；20-第二 0型密封環；22-電液伺服閥；23-電容位移傳 感器;24-第一放大器;25-比較器;26-第二放大器;27-油路;28、66、67-蓄能器；29、57、 74-精濾油器；30、21、75-粗濾油器；31、60、70-油泵；32、62、72_吸油濾油器；33、63、73-油
4箱；34、76、68-壓力表；35、64、65-壓力繼電器；58、59、69_溢流閥；37 56-單向閥。
具體實施方式
為能進一步了解本實用新型的發明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，並配合 附圖詳細說明本實用新型的如下 如圖1、圖2所示，本實用新型的使用密封件的液體不連續流動精密圓轉臺靜壓導 軌，包括有靜導軌1、嵌入在靜導軌1內並帶動工作檯3旋轉的動導軌2、以及為了減少靜導 軌1與動導軌2之間的摩擦而向靜導軌1內供油的供油系統5。所述的靜導軌1內等間距 的設置有多個通過各自對應的進油油路4與供油系統5連通的油壓室，所述的每一個油壓 室都被動導軌2分割為上油壓室6和下油壓室7兩部分，所述的下油壓室7的面積大於上 油壓室6的面積，其面積比為PT/P^二 6。所述的上油壓室6和下油壓室7內分別對應設 置有上密封件8和下密封件9。 所述的上密封件8和下密封件9的結構相同，包括有環形密封主體17，設置在環 形密封主體17的位於動導軌2那一端上的導軌板18，設置在環形密封主體17外周面上的 第一 0型密封環19，以及設置在環形密封主體17另一端上的第二 0型密封環20。所述的 導軌板18採用聚四氟材料。 所述的動導軌2上下面都與安裝在靜導軌1內的上密封件8和下密封件9端部的 導軌板18緊密接觸，而將來自油源的壓力油封住，建立起設定的壓力， 所述的每一個下油壓室7都連通一個進油油路4，所述的每一個上油壓室6的頂端 都連通一個油路IO，其中，所述的每一個油路10上都分別對應設置有一個用於調節上油壓 室6和下油壓室7之間油壓的單向調節閥11 16。 當供油壓力達到設定值時，動導軌2被浮起，動導軌2與靜導軌1之間有0. 02mm 左右間隙；上密封件8和下密封件9的端部有約1. 5mm厚的以聚四氟為基材的導軌板18， 其與金屬之間的摩擦係數為0. 04，由於面積不大，所承受的壓強又不大，所以當動導軌2轉 動時，只有很小的摩擦力，其影響可以忽略。當供油系統5壓力達到設定值，動導軌2與靜 導軌1之間設定間隙達到0. 02mm時，油泵停止供油，而由蓄能器28維持上油壓室6和下油 壓室7中的壓力恆定，當蓄能器28中的壓力低於設定值，油泵再次啟動為系統供油。這種 使用密封元件的靜壓導軌沒有所謂恆壓供油和恆流供油之分，它有壓而無油的連續流動， 因而不需要連續供油。 所述的靜導軌1內可以等間距的設置有3個或3個以上與進油油路4連通的油壓室。 圖2中的單向閥40 49表示向均勻分布在靜導軌1圓周上的6組由上密封件8 和下密封件9組成的密封結構供油的油路。 圖l所示結構的使用密封元件的圓工作檯靜壓導軌已可實現0.001mm的端跳動精 度，這對目前工業實踐中的80%以上應用場合已能滿足需要，但隨著國防工作特別航天航 空工業的發展，需要更高精度的轉臺，希望大型轉臺的端跳小於0.0001mm。圖4、圖5所示 的結構即是可實現這種超高精度的採用電液伺服閥控制的方案。 如圖4、圖5所示，當所述的靜導軌1內等間距的設置3個油壓室時，其中的一個油 壓室為獨立配製供油結構，所述的供油結構包括有與其它油壓室的供油系統相同的供油系
5統5，在供油系統5與通向下油壓室7和上油壓室6的油路之間設置一個電液伺服閥22，在 靜導軌1的相應位置設置一個電容位移傳感器23，所述的電容位移傳感器23依次通過第一 放大器24、比較器25和第二放大器26與電液伺服閥22連接，所述的比較器25還接收已設 定的用於與電容位移傳感器23所傳信號進行比較的指令信號。 圖4所示的結構是根據三點定面的幾何原理，作迴轉運動的動導軌2被上下均布 的三組密封件形成的封閉油壓浮在中間，使其上下形成兩個相等的間隙(0.02mm)，從而使 動靜導軌脫離接觸，這一結構的三組上油壓室6和下油壓室7中的二組仍由油泵直接供油， 但第三組不是由油泵供油壓力直接控制的，是通過電液伺服閥22進行控制的，並且通過電 容位移傳感器23對動導軌2的位置進行測量反饋，從而構成全閉環電液伺服位置控制， 其精度取決於所使用的電容位移傳感器的解析度。在市場上已有成熟可靠的解析度達到 lnm(0.001iim)的精密電容位移傳感器，使這種採用電液伺服閥控制的用電容位移傳感器 做反饋測量元件的精密轉臺的軸向跳動精度達到0. 01微米，即10nm。這種採用電液伺服閥 控制的靜壓轉臺需要油源維續工作。 圖4所示由電液伺服閥控制的用電容位移傳感器反饋的精密轉臺靜壓導軌，除可 用於提高轉臺的旋轉精度外，也可用於旋轉工作檯的軸向超微進給裝置，利用電液伺服閥 的控制，可以使旋轉工作檯在軸向產生超微進給(1 1000nm)，從而實現超精密加工。
權利要求一種使用密封件的液體不連續流動精密圓轉臺靜壓導軌，包括有靜導軌(1)、嵌入在靜導軌(1)內並帶動工作檯(3)旋轉的動導軌(2)、以及為了減少靜導軌(1)與動導軌(2)之間的摩擦而向靜導軌(1)內供油的供油系統(5)，其特徵是所述的靜導軌(1)內等間距的設置有多個通過各自對應的進油油路(4)與供油系統(5)連通的油壓室，所述的每一個油壓室都被動導軌(2)分割為上油壓室(6)和下油壓室(7)兩部分，所述的上油壓室(6)和下油壓室(7)內分別對應設置有上密封件(8)和下密封件(9)。
2. 根據權利要求1所述的使用密封件的液體不連續流動精密圓轉臺靜壓導軌，其特徵 是所述的每一個下油壓室(7)都連通一個進油油路(4)，所述的每一個上油壓室(6)的頂 端都連通一個油路(IO)，其中，所述的每一個油路(10)上都分別對應設置有一個用於調節 上油壓室(6)和下油壓室(7)之間油壓的單向調節閥(11 16)。
3. 根據權利要求1所述的使用密封件的液體不連續流動精密圓轉臺靜壓導軌，其特徵 是所述的下油壓室(7)的面積大於上油壓室(6)的面積。
4. 根據權利要求1所述的使用密封件的液體不連續流動精密圓轉臺靜壓導軌，其特徵 是所述的上密封件(8)和下密封件(9)的結構相同，包括有環形密封主體(17)，設置在 環形密封主體(17)的位於動導軌(2)那一端上的導軌板(18)，設置在環形密封主體(17) 外周面上的第一0型密封環(19)，以及設置在環形密封主體(17)另一端上的第二0型密封 環(20)。
5. 根據權利要求4所述的使用密封件的液體不連續流動精密圓轉臺靜壓導軌，其特徵 是所述的導軌板(18)採用聚四氟材料為基材。
6. 根據權利要求1所述的使用密封件的液體不連續流動精密圓轉臺靜壓導軌，其特徵 是所述的靜導軌(1)內等間距的設置有3個以上與進油油路(4)連通的油壓室。
7. 根據權利要求1所述的使用密封件的液體不連續流動精密圓轉臺靜壓導軌，其特徵 是當所述的靜導軌(1)內等間距的設置3個油壓室時，其中的一個油壓室為獨立配製供 油結構，所述的供油結構包括有與其它油壓室的供油系統相同的供油系統(5)，在供油系統 (5)與通向下油壓室(7)和上油壓室(6)的油路之間設置一個電液伺服閥(22)，在靜導軌 (1)的對應位置上設置一個電容位移傳感器(23)檢測動導軌(2)的垂直位移，所述的電容 位移傳感器(23)依次通過第一放大器(24)、比較器(25)和第二放大器(26)與電液伺服閥 (22)連接，所述的比較器(25)還接收已設定的用於與電容位移傳感器(23)所傳信號進行 比較的指令信號。
專利摘要本實用新型公開一種使用密封件的液體不連續流動精密圓轉臺靜壓導軌，包括有靜導軌、嵌入在靜導軌內並帶動工作檯旋轉的動導軌、以及為了減少靜導軌與動導軌之間的摩擦而向靜導軌內供油的供油系統，所述的靜導軌內等間距的設置有多個通過各自對應的進油油路與供油系統連通的油壓室，所述的每一個油壓室都被動導軌分割為上油壓室和下油壓室兩部分，所述的上油壓室和下油壓室內分別對應設置有上密封件和下密封件。本實用新型從根本上消除了傳統靜壓導軌的發熱現象，只需要一套容量很小的油源間歇工作即可。液壓油是完全封閉的，無必然的漏損，也不會被環境汙染，是一種綠色靜壓導軌。靜壓導軌剛性很高，運動導軌幾乎不隨負載的變化而發生位移，有很高的抗偏載能力。
文檔編號F15B21/08GK201455668SQ200920097679
公開日2010年5月12日 申請日期2009年7月8日 優先權日2009年7月8日
發明者路文忠 申請人:路文忠