專利名稱：使滑架與輪廓導(dǎo)軌采取形鎖合的模塊化液體靜壓支承裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于精密機(jī)床之類設(shè)備的模塊化液體靜壓或氣體靜壓支承裝置，在這方面，實(shí)現(xiàn)該模塊化支承裝置與類似的模塊化直線運(yùn)動滾動支承裝置之間的栓接兼容性具有重要的意義。
機(jī)床工業(yè)領(lǐng)域常用液體靜壓支承裝置實(shí)現(xiàn)極高精度的運(yùn)動及超長的設(shè)備壽命。生產(chǎn)更高質(zhì)量的零件需要提高精度，而且生產(chǎn)率的提高又需要增加機(jī)床上支承裝置的累計(jì)行程總量，為此，有必要對機(jī)床行業(yè)市售的普通模塊化直線運(yùn)動滾動支承裝置加以改進(jìn)。
直線運(yùn)動滾動支承裝置的一個(gè)特征是其外形較小。其另一個(gè)特征是使用方便機(jī)床安裝人員只需從貨箱中取出支承裝置并將其用螺栓上緊即可。在這個(gè)所需定貨被模塊化，且產(chǎn)品定制比較方便的時(shí)代，實(shí)現(xiàn)模塊化液體靜壓支承裝置與現(xiàn)有模塊化直線運(yùn)動滾動支承裝置之間的栓接兼容性是很有價(jià)值的。
目前采用的液體靜壓支承設(shè)計(jì)方案有很多種。各方案均需要設(shè)置節(jié)流(補(bǔ)償)裝置，例如，A.H.Slocum在Precision Machine Desien.PrenticeHall，Englewood Cliffs.NJ，1992中對此有過介紹。采用小孔補(bǔ)償?shù)囊后w靜壓支承裝置是本領(lǐng)域常見的例子。最近，本發(fā)明同一受讓人在美國專利5,104,237號中介紹的自補(bǔ)償液體靜壓支承裝置已進(jìn)入實(shí)用階段，從而顯著地提高了制造、實(shí)施支承裝置的經(jīng)濟(jì)性和效率。
然而，對于現(xiàn)有模塊化滾動支承裝置所用輪廓導(dǎo)軌的基本形狀來說，在較小的可用表面積上用液體靜壓支承技術(shù)獲得適當(dāng)?shù)某休d能力及剛度特性將需要30到100巴的較高壓力。另外，用來支承承載滑架的四個(gè)液體靜壓承載腔一般都在其周緣處對和外部環(huán)境相連的泄流裝置開放，這種結(jié)構(gòu)又進(jìn)一步導(dǎo)致流速過高。降低流速是非常期望達(dá)到的目標(biāo)，因?yàn)檫@樣可以提高運(yùn)行效率并降低過濾及泄流系統(tǒng)的成本。此外，降低流速可使泵送功率成比例地減小，隨之而來的效益主要是降低成本；使泵送系統(tǒng)小型化；減小承載流體內(nèi)的發(fā)熱量進(jìn)而縮小熱效應(yīng)誤差。
為了提供能持久地抑制從承載腔向外部環(huán)境的泄流的裝置，在相鄰承載面之間用較大過渡圓角形成平滑輪廓是很有必要的?，F(xiàn)有技術(shù)中有一項(xiàng)由美國專利4,978,233號提出的輪廓導(dǎo)軌設(shè)計(jì)方案，其中公開的所有輪廓導(dǎo)軌均采用銳邊。銳邊極易被損壞并腐蝕，而且成形刀具上的銳刃的磨損也極易形成制造誤差，因此，相鄰承載腔之間的流體密封結(jié)構(gòu)中極不希望出現(xiàn)銳邊及/或過小的過渡圓角。另外需要指出，為達(dá)到液體靜壓剛度要求，對每個(gè)承載面必須設(shè)置至少一個(gè)擁有自身壓力補(bǔ)償裝置的獨(dú)立流體腔。在現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)方案中，專利4,978,233號的一實(shí)施例甚至未采用獨(dú)立的承載腔，因而不可能實(shí)現(xiàn)單獨(dú)的壓力補(bǔ)償，在該專利提出的另一實(shí)施例中，補(bǔ)償裝置是由節(jié)流孔實(shí)現(xiàn)的，但該節(jié)流孔在所述支承裝置裝配之后便不具備調(diào)節(jié)節(jié)流孔阻尼的裝置，因此該方案也很不現(xiàn)實(shí)，另外，裝配之前需要進(jìn)行所述支承襯套的成形，此時(shí)，該實(shí)施例中的此類節(jié)流孔均比較容易發(fā)生變形。
由于這些缺陷，現(xiàn)有技術(shù)中的液體靜壓型模塊化直線運(yùn)動支承裝置在性能上難盡人意，因而在經(jīng)濟(jì)可行性上也難被認(rèn)可。
然而本發(fā)明卻提供了持久地使泄流量減半的裝置，而且所述承壓導(dǎo)軌及配套滑架的制造也得到簡化，這樣，小孔補(bǔ)償式，自補(bǔ)償式或其它型式液體靜壓支承裝置的制造都將很容易地實(shí)現(xiàn)模塊化及其與模塊化滾動支承裝置的兼容性，所述滾動支承裝置最適合應(yīng)用于直線運(yùn)動承壓導(dǎo)軌等應(yīng)用場合。
因此，本發(fā)明的目的之一是對模塊化直線運(yùn)動承壓導(dǎo)軌提出一項(xiàng)新穎的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，該導(dǎo)軌可以以極小化的泄流量支承液體靜壓承載滑架，同時(shí)仍然具備與模塊化直線運(yùn)動滾動支承裝置的栓接兼容性。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是對模塊化直線運(yùn)動承載滑架提出一項(xiàng)新穎的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，該滑架相對于其定向承壓導(dǎo)軌的支承采取液體靜壓支承方式，其中，相鄰承載腔之間滑架支承面的輪廓應(yīng)平滑連續(xù)，以此達(dá)到持久地降低泄流量乃至降低所需泵送功率的目的。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是對模塊化直線運(yùn)動承載滑架提出一項(xiàng)新穎的設(shè)計(jì)方案，該滑架可在被分為兩個(gè)配對半體的情況下精密磨削，由此可以在保證相鄰承載腔之間具有連續(xù)承載間隙的條件下將其圍繞配套的承壓導(dǎo)軌而裝配，從而消除相鄰承載腔之間區(qū)域的外泄。
下文將介紹本發(fā)明的其它及更具體的目的，所附權(quán)利要求也將對此做更為全面的描述。
概而言之，本發(fā)明涉及用于精密機(jī)床之類設(shè)備的模塊化液體靜壓支承裝置，其中，載荷是通過在模塊化承載滑架上的栓接而獲得支承的，而滑架又跨接在長距承壓導(dǎo)軌上；成形于滑架內(nèi)的液體靜壓承載腔使滑架免于與承壓導(dǎo)軌發(fā)生機(jī)械接觸；承壓導(dǎo)軌具有兩個(gè)側(cè)部，且每個(gè)側(cè)部具有充當(dāng)液體靜壓承載腔之對應(yīng)承載面的至少兩個(gè)表面；承壓導(dǎo)軌的各承載面之間具有精密的平滑連續(xù)曲面，為此可在滑架上做成包含液體靜壓承載腔在內(nèi)的相應(yīng)配合面并使各液體靜壓承載腔之間具有平滑連續(xù)的表面，從而可以在適宜于液體靜壓支承作用的間隙條件下將滑架套裝在導(dǎo)軌上，除此之外，對于起承載作用的各液體靜壓承載腔來說，成組相鄰承載腔之間的結(jié)構(gòu)不會有向外部環(huán)境的直接泄流，因此承壓導(dǎo)軌各承載面的泄流量也會顯著地降低；導(dǎo)軌的制造可采用精密仿形磨削，而滑架的制造則可采取拉削，仿形，導(dǎo)線電火花加工或剖分等措施，其中的剖分措施便于實(shí)施精密仿形磨削。
現(xiàn)代制造技術(shù)的采用使本發(fā)明具備了如下特點(diǎn)對于所生產(chǎn)的直線運(yùn)動承壓導(dǎo)軌來說，其載荷支承部分以及各載荷支承部分之間曲面部分的所有表面均具有精確的輪廓，由于相鄰的液體靜壓承載腔不必再由泄流口分隔開，該泄流口是因現(xiàn)有技術(shù)需要在導(dǎo)軌與滑架的承載面之間設(shè)置磨削用凹槽而形成的，所以，在將精密型面配合滑架套裝在導(dǎo)軌上時(shí)，二者之間的間隙將在整個(gè)精密輪廓上均受到控制，從而限制了液體靜壓承載腔向外部環(huán)境的泄流路徑數(shù)量。
以下介紹優(yōu)選和最優(yōu)實(shí)施例及其技術(shù)方案。
附圖現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明加以介紹，其中，

圖1是模塊化直線運(yùn)動液體靜壓支承裝置的立體圖，其中的滑架與輪廓導(dǎo)軌為形鎖配合；
圖2是模塊化液體靜壓支承系統(tǒng)之背對背承載設(shè)計(jì)方案的端面視圖，其中的導(dǎo)軌基面在形狀上兼容于使用滾動元件的現(xiàn)有模塊化導(dǎo)軌；圖3是模塊化液體靜壓支承系統(tǒng)之背對背承載設(shè)計(jì)方案的端面視圖，其中的導(dǎo)軌基面具有與現(xiàn)有采用滾動元件的模塊化導(dǎo)軌兼容的凸臺，同時(shí)也保證了較大的承載區(qū)域；圖4是模塊化液體靜壓支承系統(tǒng)之背對背承載設(shè)計(jì)方案的端面視圖，除了為便于對滑架進(jìn)行精密仿形磨削而將其分成兩個(gè)精密磨削的半體之外，該圖與圖2是相同的；圖5是圖4所示精密仿形磨削滑架的一側(cè)端面視圖；圖6是自補(bǔ)償模塊化液體靜壓支承裝置所用液體靜壓支承墊的端面視圖，其中采用了使滑架與輪廓導(dǎo)軌為形鎖合的降低流量措施；圖7及8是圖6所示自補(bǔ)償模塊化液體靜壓支承裝置每一側(cè)支承面的展開面視圖；圖9及10是圖6所示自補(bǔ)償模塊化液體靜壓支承裝置每一側(cè)支承面的展開面視圖，其中包含局部中心泄流槽；圖11是外補(bǔ)償式模塊化液體靜壓支承裝置所用液體靜壓支承墊的端面視圖，其中采用了使滑架與輪廓導(dǎo)軌為形鎖合的降低流量措施；圖12及13是圖11所示外補(bǔ)償式模塊化液體靜壓支承裝置每一側(cè)支承面的展開面視圖；圖14及15是圖11所示外補(bǔ)償式模塊化液體靜壓支承裝置每一側(cè)支承面的展開面視圖，其中包含局部中心泄流槽；圖16是本發(fā)明某一方案的端面視圖，其中的承載面以面對面承載型式布置；圖17及18是本發(fā)明某一改進(jìn)方案的端面視圖，其中采用了使作用面積增大的承載面分層措施；且圖19是導(dǎo)軌上兩個(gè)滑架的俯視圖，其中的導(dǎo)軌具有楔形部分頸縮部分，以此使任一承載腔內(nèi)截留的臟顆粒被沖洗掉；本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例如上所述，本發(fā)明的目的是通過設(shè)置滑架相對于承壓導(dǎo)軌的位置關(guān)系而實(shí)現(xiàn)的，其中的承壓導(dǎo)軌采用了液體靜壓支承裝置(或氣體靜壓支承裝置，由于兩種支承裝置均依賴于外部加壓的流體，所以彼此可互換使用)。所以問題的關(guān)鍵是減小流量，進(jìn)而降低流體源所需的泵送功率。
就本發(fā)明來說，上述目的可按如下方式實(shí)現(xiàn)當(dāng)相鄰的一對液體靜壓承載腔彼此互加預(yù)載并且彼此仍由適量的泄流路徑距離隔開時(shí)，其中之一承載腔將對來自其相鄰承載腔的泄流起密封作用，從而液體靜壓承載腔的流體泄流的大部分將僅沿一邊緣發(fā)生。在這種方式中，載荷對一邊緣間隙起主要的調(diào)節(jié)作用，載荷因此對類似于惠斯通電橋的流體通路可以起到平衡液體靜壓力的作用，以上內(nèi)容為本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員所知，而且也由本發(fā)明人在上文的引述中做了詳細(xì)介紹。
圖1以一立體圖表示了本發(fā)明的一背對背型實(shí)施例，圖2是該實(shí)施例的端面視圖，其中的箭頭表示滑架上液體靜壓載荷的方向。在該特定實(shí)施例中，模塊化承載導(dǎo)軌1具有以背對背型式(本領(lǐng)域中常見的型式)布置的四個(gè)承載面，其中如11所示由平底擴(kuò)孔鉆加工成的螺栓孔可使導(dǎo)軌1栓接在機(jī)床床身上。導(dǎo)軌具有精密的底面23及精密的側(cè)部邊緣24a，24b。同使用于液體靜壓支承裝置的其它承壓導(dǎo)軌相比，本發(fā)明所述導(dǎo)軌的根本不同之處在于其高精度的輪廓，該輪廓是由導(dǎo)軌上如330b，331b，332b。333b，334b及335b所示區(qū)域構(gòu)成的精密曲面。這些區(qū)域與導(dǎo)軌另一側(cè)的表面330a。331a，332a，333a，334a及335a之間具有精密且精確的鏡像對應(yīng)關(guān)系。由表面仿形磨削加工可獲得很高的精度。需要指出，導(dǎo)軌頂面與滑架內(nèi)表面之間的區(qū)域36應(yīng)具有足夠大的間隙作為泄流口?？缃釉趯?dǎo)軌1上的滑架2具有如10所示的螺紋孔，該螺紋孔可使一機(jī)床部件栓接于其上?；苓€可具有按下文所述方式配送靜壓流體的集流管3，或者具有用于內(nèi)部流體配送的單個(gè)加壓流體進(jìn)流口。
在表示立體圖的圖1和表示端面視圖的圖2中，滑架2包含與對應(yīng)導(dǎo)軌支承面335a，334a，333a，332a，331a，330a及24a相隔一定距離的支承面35a，34a，33a，32a，31a，30a及29a，該距離是液體靜壓支承裝置的常用值，同樣，滑架2也包含與對應(yīng)導(dǎo)軌支承面335b，334b，333b，332b，331b，330b及24b相隔一定距離的支承面35b，34b，33b，32b，31b，30b及29b，該距離也是液體靜壓支承裝置的常用值，該常用值對氣體靜壓支承裝置為5微米量級，對粘性油壓支承裝置為50微米量級。
為具體考察本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，圖3按圖2視圖形式表示了系統(tǒng)的端面視圖，圖中箭頭表示液體靜壓載荷的方向，其中的導(dǎo)軌1具有可兼容現(xiàn)有模塊化滾動支承承壓導(dǎo)軌的基面23，其兼容方式是通過由平底擴(kuò)孔法加工成的螺栓孔11將導(dǎo)軌接在機(jī)床基面上。不同的是，為增大液體靜壓支承面積進(jìn)而提高承載能力而設(shè)置了由垂直表面71a，71b和水平表面70a，70b形成的懸伸凸臺，從而有效地增大了支承裝置的基面寬度。這一設(shè)計(jì)使得滑架2具有較大的承載面35a，34a，33a，32a，31a，30a，29a，35b，34b，33b，32b，31b，30b及29b。
滑架2的制作可采取對單個(gè)鑄件，成形滑架或三維壓印(3Dprinted)滑架進(jìn)行拉削或?qū)Ь€電火花加工的方式。在某些情況下，可以通過對單個(gè)鑄件、成形滑架或三維壓印滑架上內(nèi)側(cè)支承面的銑削或磨削來獲得所需的精度。不過還有一種圖4所示的滑架成形方法，圖中所示的滑架由兩個(gè)相接的構(gòu)件2a及2b構(gòu)成，這兩個(gè)構(gòu)件在連接之前先分別經(jīng)過精密仿形磨削，然后再由精密連接方法接在一起，所用精密連接方法可以是低溫釬焊，栓接，或與高強(qiáng)度環(huán)氧樹脂結(jié)合使用的栓接。圖5表示一個(gè)這種構(gòu)件2b。包括相接構(gòu)件2a及2b的圖4所示滑架具有由液體靜壓承載面35b，34b，33b，32b，31b，30b及29b施加預(yù)載的相同液體靜壓載荷支承面35a，34a，33a，32a，31a，30a及29a。導(dǎo)軌1仍然具有如11所示的螺栓安裝孔，底側(cè)基準(zhǔn)面23，以及側(cè)部邊緣24a，24b?；軜?gòu)件2a，2b仍具有如10所示的螺栓安裝孔?；軜?gòu)件2a具有精密的凸?fàn)钆浜厦?0a，且相配的滑架構(gòu)件2b具有精密的凹狀配合面50b。如圖5所示，承載滑架構(gòu)件2b(及其匹配件2a)上包含精密配合面及精密支承面在內(nèi)的的整個(gè)側(cè)表面可由單個(gè)仿形磨削砂輪加工而成。因此，滑架構(gòu)件的加工可以以很低的成本獲得較高的精度。該兩個(gè)構(gòu)件的實(shí)施例還具有在連接之前易于觸及液體靜壓支承面的優(yōu)點(diǎn)，因而便于在連接之前用精密制造領(lǐng)域?qū)I(yè)人員所熟知的各種加工方法或表面鍍層方法進(jìn)行成形加工或表面鍍層。
為描述本發(fā)明所述系統(tǒng)的液體靜壓性能，先考察圖6，圖7及圖8所示的自補(bǔ)償液體靜壓支承系統(tǒng)。在圖6中，導(dǎo)軌1具有形鎖合滑架2，滑架2上有一裝在端面的集流管3，它可將來自泵100的流體經(jīng)由供流路徑101配送給自補(bǔ)償裝置99a及99b。滑架2具有液體靜壓支承面35a，34a，33a，32a，31a，30a，29a，35b，34b，33b，32b，31b，30b及29b。圖7表示滑架2一側(cè)液體靜壓支承面35a，34a，33a，32a，31a，30a及29a的展開面輪廓視圖。圖8表示滑架2另一側(cè)液體靜壓支承面35b，34b，33b，32b，31b，30b及29b的展開面輪廓視圖。來自泵100的加壓流體經(jīng)由供油路徑101并通過供流孔92a，92b而被傳遞至供壓槽91a，91b。供壓槽91a，91b，匯流槽93a，95a，93b，95b及承載腔槽道231a，233a，231b，233b的深度一般應(yīng)等于正常承載間隙的至少十倍，以便于使這些槽道上的壓降最小。本發(fā)明因滑架表面32a及32b密接于導(dǎo)軌而具備第一項(xiàng)泄流節(jié)制特性，因此，滑架一側(cè)的供壓槽可共享同一中心。對于以自補(bǔ)償液體靜壓方式相配合的現(xiàn)有承壓導(dǎo)軌和滑架來說，滑架上的區(qū)域32a及32b將成為磨削用凹槽并因此而被作為泄流口，這樣，來自供壓槽的泄流量將增大30％。需要指出，本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員所知的其它自補(bǔ)償支承裝置設(shè)計(jì)方案在本發(fā)明中也是適用的，這些設(shè)計(jì)方案同樣可以因區(qū)域32a及32b的密接而獲得降低泄流量的回報(bào)。
來自供壓槽91a及91b的流體以受控于滑架與導(dǎo)軌之間間隙的約束方式—此即自補(bǔ)償原理—經(jīng)過承載滑架表面而流到圖7所示滑架一側(cè)的匯流槽93a，95a及圖8所示滑架另一側(cè)的匯流槽93b及95b中。然后，流體分別進(jìn)入?yún)R流孔94a和96a、94b及96b。其后，流體經(jīng)由流體通道103及104分別流向?qū)χ玫某休d腔孔道98b及97b，及經(jīng)由流體通道102及105分別流向?qū)χ玫某休d腔孔道98a及97a。此后，流體進(jìn)入承載腔槽道231b，233b，231a及233a?？梢钥吹剑鞒休d腔槽道231a，233a，231b及233b外周緣的內(nèi)側(cè)分別具有相應(yīng)的中心阻尼區(qū)131a，133a，131b，133b，各阻尼區(qū)是分別與表面31a，33a，31b，33b上相鄰承載區(qū)共面的精密平面，由此可為承載滑架提供附加的擠壓膜阻尼。
為進(jìn)一步介紹如本發(fā)明所述的泄流量減低方法，現(xiàn)考察滑架的＂a＂側(cè)。承載腔槽道231a及233a至外界環(huán)境的主要泄流路徑將會通過基本由外緣表面29a，30a，34a及35a所形成的區(qū)域。由于寬度足夠大的中心表面32a可以作為一個(gè)比外緣表面29a，30a，34a及35a具有更高流動阻力的區(qū)域，所以承載腔槽道231a與233a之間將不會發(fā)生結(jié)構(gòu)性的＂串音＂。現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)方案將中心區(qū)域32a作為磨削用凹槽，與之相比，在本發(fā)明中，由承載腔槽道至外界環(huán)境的泄流量可降低約40％。
與中心區(qū)域32a及32b具有磨削用凹槽泄流口的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)方案相比，本發(fā)明中兩項(xiàng)流量減低方法的共同使用可使支承裝置內(nèi)的總支承流體速率降低約60％-70％。由于泵送功率直接正比于泵流速率，因此，當(dāng)在給定供流壓力下工作時(shí)，流體速率降低60-70％也將使所需泵送功率降低同樣的比例。對于機(jī)床的使用來說，泵送功率的降低主要有如下幾項(xiàng)有利之處低成本；更緊湊的泵送系統(tǒng)；更小的管路系統(tǒng)；低成本，高效的過濾；以及承載流體內(nèi)較低的發(fā)熱量，該項(xiàng)可減小熱效應(yīng)誤差。另一方面，在本發(fā)明中，承載能力及剛度僅邊緣受到影響，對此可用本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員所知的標(biāo)準(zhǔn)電阻線路分析方法加以評估。
對于某些自補(bǔ)償實(shí)施例來說，在形鎖合中心表面32a及32b的一長度范圍內(nèi)而非在整個(gè)長度上設(shè)置局部的中心泄流槽較為有利。圖9及圖10表示了滑架2上含局部泄流槽80a及80b的液體靜壓支承面展開面輪廓視圖，該局部泄流槽分布在表面32a及32b的一長度范圍內(nèi)，尤其分布在承載腔槽道231a，233a及231b，233b之間的一區(qū)域內(nèi)。在現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)方案中，中心泄流槽分布在滑架的整個(gè)長度上，與之不同于的是，在本發(fā)明中，局部中心泄流槽的長度可按設(shè)計(jì)要求改變，因而可以根據(jù)承載能力或泵送功率等承載特性要求加以優(yōu)化設(shè)計(jì)。此外，與現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)方案不同，局部中心泄流槽并不是一直伴隨于供流槽，因此本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)具流量節(jié)制功能的中心供流槽的設(shè)計(jì)。采用局部中心泄流方式的原因之一在于某些設(shè)計(jì)方案中的導(dǎo)軌可能發(fā)生顯著的彈性彎曲，這會導(dǎo)致外緣區(qū)域34a，35a，34b及35b處的間隙顯著張開，進(jìn)而降低壓力補(bǔ)償效應(yīng)。采用局部中心泄流槽80a及80b可以使壓力補(bǔ)償效應(yīng)在承載腔槽道的向心邊出現(xiàn)，而導(dǎo)軌在此處又不易彎曲，所以導(dǎo)軌彎曲的不利影響將得到一定程度的緩解。
不過，本發(fā)明并不僅限于自補(bǔ)償液體靜壓支承裝置。圖11是具有固定補(bǔ)償功能的支承裝置的端面視圖，其中采用了具有如本發(fā)明所述形鎖合滑架2′的導(dǎo)軌1′。圖12是滑架2′一側(cè)液體靜壓支承面35a′，34a′，33a′，32a′，31a′，30a′及29a′的展開面輪廓視圖。圖13是滑架2′另一側(cè)液體靜壓支承面35b′，34b′，33b′，32b′，31b′，30b′及29b′的展開面輪廓視圖。如圖11，圖12及圖13所示，泵100′提供的流體穿過流阻51，53，54及56，然后分別穿過承載腔孔道61，63，64及66，進(jìn)而分別到達(dá)位于滑架2′上的承載腔槽道231a′，233a′，233b′及231b′，其中的滑架2′跨接在導(dǎo)軌1′上。承載腔槽道的深度一般應(yīng)等于正常承載間隙的至少十倍，以便于使這些槽道上的壓降最小。顯然，可以根據(jù)所用節(jié)流裝置的種類來優(yōu)化流阻的實(shí)際位置?？梢钥闯觯鞒休d腔槽道231a′，233a′，231b′及233b′外周緣的內(nèi)側(cè)分別具有相應(yīng)的中心阻尼區(qū)131a′，133a′，131b′，133b′，各阻尼區(qū)是分別與表面31a′，33a′，31b′，33b′上相鄰承載區(qū)共面的精密平面，由此可為承載滑架提供附加的擠壓膜阻尼。
以圖中＂a＂側(cè)為例，與上述自補(bǔ)償系統(tǒng)同理，由于寬度足夠大的中心表面32a′可以作為一個(gè)比外緣表面29a′，30a′，34a′及35a′具有更高流阻的區(qū)域，所以承載腔槽道231a′與233a′之間將不會發(fā)生結(jié)構(gòu)性的＂串音＂。因此，本發(fā)明在對支承裝置承載能力及剛度僅在邊緣區(qū)域具有影響的同時(shí)，也降低了流量及泵送功率要求，對此可用本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員所知的標(biāo)準(zhǔn)電阻線路分析方法加以計(jì)算。另外，對于為提高運(yùn)行效率而采用小間隙的模塊化液體靜壓支承裝置來說，本發(fā)明也為其提出了較為經(jīng)濟(jì)的制造方法。
對于某些固定補(bǔ)償?shù)膶?shí)施例來說，在型面配合中心表面32a′及32b′的某一長度范圍內(nèi)而非整個(gè)長度上設(shè)置局部的中心泄流槽較為有利。圖14及圖15表示了滑架2′上含局部泄流槽80a′及80b′的液體靜壓支承面展開面輪廓視圖，該局部泄流槽分布在表面32a′及32b′的一長度范圍內(nèi)。在現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)方案中，中心泄流槽分布在滑架的整個(gè)長度上，與之不同于的是，在本發(fā)明中，局部中心泄流槽的長度可按設(shè)計(jì)要求改變，因而可以根據(jù)承載能力或泵送功率等承載特性要求加以優(yōu)化設(shè)計(jì)。與某些自補(bǔ)償系統(tǒng)同理，采用局部中心泄流方式的原因之一在于某些設(shè)計(jì)方案中的導(dǎo)軌可能發(fā)生顯著的彈性彎曲，這會導(dǎo)致外緣區(qū)域34a′，35a′，34b′及35b′處的間隙顯著張開，進(jìn)而降低壓力補(bǔ)償效應(yīng)。采用局部中心泄流槽80a′及80b′可以使壓力補(bǔ)償效應(yīng)在承載腔槽道的向心邊出現(xiàn)，而導(dǎo)軌在此處又不易彎曲，所以導(dǎo)軌彎曲的不利影響將得到一定程度的緩解。
除背對背配置方式外，還可用面對面方式設(shè)置支承面結(jié)構(gòu)。圖16表示本發(fā)明的一面對面型實(shí)施例(此為本領(lǐng)域人士所熟知)，圖中的箭頭表示滑架上液體靜壓載荷的作用方向，其中，仍如上文的具體介紹所述，導(dǎo)軌1c仍包含如11c所示的螺栓安裝孔，且滑架2c以緊密的形鎖合方式跨接在導(dǎo)軌1c上，以此降低泄流量，滑架2c也包含如10c所示的螺紋安裝孔。支承面116a及116b的液體靜壓載荷抵抗作用于滑架2c上的向下作用力，而支承面117a及117b的液體靜壓載荷則抵抗作用在滑架2c上的向上作用力。
某些場合有必要采用如本發(fā)明所述的多層式實(shí)施例，這樣可以在不增加支承裝置外殼總尺寸的情況下獲得較大的承載面積乃至較高的支承裝置承載能力。圖17表示本發(fā)明一含六個(gè)承載平面的多層式實(shí)施例，圖中的箭頭表示滑架上液體靜壓載荷的作用方向。該實(shí)施例包含導(dǎo)軌1d及可降低流量的形鎖合滑架2d，導(dǎo)軌1d配有用于附件11d的螺栓孔，且滑架2d上配有連接用的螺紋孔10d。需要指出，對于圖17所示實(shí)施例來說，滑架的下推力被作用在四個(gè)表面110a，112a及110b，112b上的液體靜壓載荷所平衡，且滑架的上拉力被作用在兩個(gè)表面111a及111b上的液體靜壓載荷所平衡。圖18表示另一多層式實(shí)施例，該實(shí)施例包含導(dǎo)軌1e及可降低流量的形鎖合滑架2e，導(dǎo)軌1e配有用于附件11e的螺栓孔，且滑架2e上配有連接用的螺紋孔10e。需要指出，對于圖18所示實(shí)施例來說，滑架的下推力被作用在兩個(gè)表面114a及114b上的液體靜壓載荷所平衡，且滑架的上拉力被作用在四個(gè)表面113a，115a及113b，115b上的液體靜壓載荷所平衡。
在所有情況下，＂a＂側(cè)表面都將承受一方向的橫向載荷，而且＂b＂側(cè)的力也將平衡另一方向的橫向載荷。圖中指向滑架表面的箭頭指引線表示液體靜壓載荷在滑架上的作用方向。
對于細(xì)顆粒難以過濾的場合來說，本系統(tǒng)設(shè)置的清理裝置可以在不犧牲液體靜壓承載能力總量的前提下使承載腔內(nèi)可能積蓄的臟顆粒被沖走。清理裝置是通過在導(dǎo)軌上磨削出局部的楔形部分或頸縮部分而實(shí)現(xiàn)的，磨削深度大致等于承載間隙，這樣，當(dāng)滑架跨越楔形部分或頸縮部分時(shí)，在滑架的部分長度上承載間隙將大致被翻倍，因此，對重疊于楔形部分或頸縮部分的承載腔來說，其內(nèi)部截留的顆粒將得以排出。在采用精密仿形磨削技術(shù)的情況下，在導(dǎo)軌上磨削出輕微的楔形部分或頸縮部分并不是復(fù)雜及高成本的工藝，因此，這里提出的清理裝置非常適用于本發(fā)明中的形鎖合滑架。為實(shí)施該清理裝置，在該液體靜壓機(jī)床的縱向設(shè)計(jì)方案中，其行程的一端或兩端應(yīng)加上使清理裝置發(fā)生作用的附加行程。圖19表示清理裝置的一實(shí)施例，圖中的導(dǎo)軌1設(shè)有如11所述的安裝孔，其端部有楔形部分202，中部有頸縮部分203，為便于表述，圖中夸大表示了上述的后兩個(gè)特征。當(dāng)滑架2移動到楔形部分202上時(shí)，在重疊于楔形部分202的承載腔之內(nèi)存留的污渣將被沖走。同樣，當(dāng)滑架2f移動到頸縮部分203時(shí)，在重疊于頸縮部分203的承載腔之內(nèi)存留的污渣也將被沖走。使用這種方法時(shí)，自補(bǔ)償滑架的取向應(yīng)保證供流槽面向所采用的楔形部分或頸縮部分，這樣才能使供流槽首先被沖洗。在某些應(yīng)用場合，滑架在機(jī)床臺架上的間距足夠大，若采取導(dǎo)軌一端用楔形部分且中部用頸縮部分的方案，那么僅僅依靠臺架在一側(cè)的行程即可使所有滑架得到?jīng)_洗。在其它應(yīng)用場合，由于不期望發(fā)生上述重疊而無法采用頸縮部分，因此必須在導(dǎo)軌兩端同時(shí)設(shè)置楔形部分，這就需要臺架涉足其行程的每一端以沖洗所有的承載架。
本領(lǐng)域?qū)I(yè)人士還可能發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的其它一些變化型，所有這些變化型應(yīng)被納入由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明思路及范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于精密機(jī)床之類設(shè)備的模塊化液體靜壓支承裝置，它配有用于在其上栓接一結(jié)構(gòu)的模塊化承載滑架和精密仿形承壓導(dǎo)軌，該滑架與栓接在機(jī)床床身上的精密仿形承壓導(dǎo)軌相配套；壓力流體源以及由此引出的流體配送系統(tǒng)，它們使承載滑架免于同承壓導(dǎo)軌發(fā)生機(jī)械接觸；成形于滑架中的液體靜壓/氣體靜壓承載腔，上述承壓導(dǎo)軌具有兩個(gè)側(cè)部，且每個(gè)側(cè)部具有充當(dāng)液體靜壓承載腔之對應(yīng)承載面的至少兩個(gè)表面，而且承壓導(dǎo)軌的各承載面之間具有精密的平滑連續(xù)曲面，為此可在滑架上做成包含液體靜壓承載腔在內(nèi)的相應(yīng)配合面并使各液體靜壓承載腔之間具有平滑連續(xù)的表面，從而可以在適宜于液體靜壓支承作用的間隙條件下將滑架套裝在導(dǎo)軌上，除此之外，對于起承載作用的各液體靜壓承載腔來說，成組相鄰承載腔之間結(jié)構(gòu)向外部環(huán)境的直接泄流受到限制，因此承壓導(dǎo)軌各承載面的泄流量也會顯著地降低；導(dǎo)軌的制造可采用精密仿形磨削，而滑架的制造則可采取拉削，仿形，導(dǎo)線電火花加工或剖分等措施，其中的剖分措施便于實(shí)施精密仿形磨削。
2.一種具有若干液體靜壓/氣體靜壓支承面的模塊化直線運(yùn)動承壓導(dǎo)軌，上述各支承面由精密成形的仿形輪廓相連接，由此使得對滑架起支承作用的配套液體靜壓/氣體靜壓支承裝置能夠與導(dǎo)軌相匹配，因此，相鄰承載腔之間不會有向外部環(huán)境的直接泄流路徑。
3.如權(quán)利要求2所述的模塊化直線運(yùn)動支承裝置，其特征在于與上述導(dǎo)軌相匹配的液體靜壓/氣體靜壓承載滑架支承面是通過對精密仿形支承面以及各支承面區(qū)域之精密連接輪廓的拉削而制成的。
4.如權(quán)利要求2所述的模塊化直線運(yùn)動支承裝置，其特征在于與上述導(dǎo)軌相匹配的液體靜壓/氣體靜壓承載滑架支承面是通過對精密仿形支承面以及各支承面區(qū)域之精密連接輪廓的導(dǎo)線電火花加工而制成的。
5.如權(quán)利要求2所述的模塊化直線運(yùn)動支承裝置，其特征在于與上述導(dǎo)軌相匹配的液體靜壓/氣體靜壓承載滑架支承面是通過對精密仿形支承面以及各支承面區(qū)域之精密連接輪廓的仿形而制成的。
6.如權(quán)利要求2所述的模塊化直線運(yùn)動支承裝置，其特征在于與上述導(dǎo)軌相匹配的液體靜壓/氣體靜壓承載滑架支承面是通過對滑架的兩個(gè)半體進(jìn)行精密仿形磨削而制成的，被磨削部分包含支承面，精密連接輪廓以及兩個(gè)半體之間的配合輪廓，如此得到的零件在被接到一起并由螺栓，粘接，釬接或其它連接方法加以固定之后將成為精密的滑架，該滑架將以適宜于液體靜壓作用的所需間隙與上述承壓導(dǎo)軌相配合。
7.如權(quán)利要求1所述的模塊化液體靜壓支承裝置，其特征在于液體靜壓補(bǔ)償裝置為自補(bǔ)償。
8.如權(quán)利要求1所述的模塊化液體靜壓支承裝置，其特征在于液體靜壓補(bǔ)償裝置是由小孔孔或節(jié)流器所實(shí)現(xiàn)的固定補(bǔ)償。
9.如權(quán)利要求1所述的模塊化液體靜壓支承裝置，其特征在于液體靜壓補(bǔ)償方式為薄膜補(bǔ)償。
10.如權(quán)利要求1所述的模塊化液體靜壓支承裝置，其特征在于液體靜壓補(bǔ)償裝置為恒流裝置補(bǔ)償。
11.如權(quán)利要求1所述的模塊化液體靜壓支承裝置，其特征在于液體靜壓補(bǔ)償裝置為多孔介質(zhì)補(bǔ)償。
12.如權(quán)利要求1所述的模塊化液體靜壓支承裝置，其特征在于上述滑架以三維實(shí)體壓印法制成，這樣，液體靜壓承載腔及內(nèi)側(cè)通道將全部采用三維實(shí)體壓印工藝制成，而對支承面則只需通過采用拉削，導(dǎo)線電火花加工，磨削或其它類似的精密制造方法將其精整成精密表面即可。
13.如權(quán)利要求1所述的模塊化液體靜壓支承裝置，其特征在于液體靜壓支承面被設(shè)計(jì)成由精密連續(xù)曲面相連的若干分層表面，從而可以在預(yù)定的承壓導(dǎo)軌外形結(jié)構(gòu)條件下保證所需的承載面積，而且也可以在保證所需承載面積的同時(shí)增大導(dǎo)軌的剛度。
14.如權(quán)利要求1所述的模塊化液體靜壓支承裝置，其特征在于支承面以背對背或面對面配置方式布置，由此可以優(yōu)化導(dǎo)軌或滑架的幾何結(jié)構(gòu)，進(jìn)而便于進(jìn)行制造及實(shí)現(xiàn)模塊化。
15.如權(quán)利要求1所述的液體靜壓支承裝置，其特征在于導(dǎo)軌安裝面為凸臺形，由此可使直線運(yùn)動承壓導(dǎo)軌具有適宜在機(jī)床上安裝的標(biāo)準(zhǔn)寬度，同時(shí)導(dǎo)軌上部結(jié)構(gòu)依然可以加大尺寸以增大承載面積。
16.如權(quán)利要求2所述具有液體靜壓/氣體靜壓支承面的模塊化直線運(yùn)動承壓導(dǎo)軌，其特征在于污渣沖洗裝置是通過在上述導(dǎo)軌的至少某一端設(shè)置輕微的楔形部分而實(shí)現(xiàn)的，在某些場合，該裝置也可以通過在導(dǎo)軌中部的某一預(yù)定位置設(shè)置輕微的頸縮部分而實(shí)現(xiàn)，這樣可以增大上述楔形部分及頸縮部分所在區(qū)域上的實(shí)際承載間隙，從而使截留下來的臟顆粒得以從通過楔形部分及頸縮部分所在區(qū)域的承載腔中排出。
全文摘要
一種用于精密機(jī)床等的模塊化液體靜壓支承裝置,其中,通過在模塊化承載滑架上的栓接而支承載荷,而滑架又跨接于彼此平行的承壓導(dǎo)軌上,成型于滑架內(nèi)的液體靜壓承載腔使得滑架免于與承壓導(dǎo)軌發(fā)生機(jī)械接觸,并使各液體靜壓承載腔之間具有平滑連續(xù)的表面,從而可以在適宜于液體靜壓支承作用的間隙條件下將滑架套裝在導(dǎo)軌上,并顯著地降低泄流量。
文檔編號F16C29/02GK1169513SQ97104538
公開日1998年1月7日 申請日期1997年3月25日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月27日
發(fā)明者亞歷山大·H·斯洛科姆, 內(nèi)森·R·凱恩 申請人:高級工程系統(tǒng)運(yùn)營及產(chǎn)品公司