静压导轨系统
基于AMESim的静压导轨自适应供油系统的研究_张亮

!" 结语
分析了传统的静压导轨供油方式在实际应用中出 现的一些问题, 提出了载荷自适应供油的方式, 采用 %&’()* + ()*,-)./ 联合仿真方法对静压导轨载荷自 适应的供油系统进行的仿真研究, 分别在 %&’()* 和 ()*,-)./ 下建立了液压系统模型和控制系统模型, 对 未改进型与改进型供油系统的油膜厚度分布的对比研 究。仿真结果表明, 基于载荷自适应的供油系统在调 节油膜厚度, 提高导轨运动精度方面取得了较好的效 果。 参 考 文 献
。然而在实际应用中, 由于导轨运动
工作面制造精度、 节流器性能、 承受大范围的变载荷等 因素影响, 导轨在运动过程中易出现上下起伏、 漂移等 现象, 从而使其在直线运动过程中精度低下。另外, 当 承受大载荷时, 随着油温的变化, 进油压力相应发生改 变, 从而导致油膜厚度发生变化。为了保证在大载荷 范围内保持导轨间隙近于不变, 保持稳定的油膜厚度,
[ 7] 点 。本文采用 8’99: ;<= 的控制策略, 生成的模糊
#$ 仿真结果分析
在 $’?&/A-(+ 和 ;,B,&-.-B+ 中按现有的设计为各 子模块确定具体参数。主要参数设置如下: 液压油密 度 ! C >"D *E 6 &F ; 液压油中空气体积含量为 GH ; 油液 动力粘度 " C G"I ! J GD K F ;,・+; 油腔等效尺寸 G 为 ! C @I 7 L&, 等效尺寸 ! 为 " C G L&, 等效尺寸 F 为 # C !I M L&, 等效尺寸 7 为 $ C GI F!M L&; 溢流阀设定压力: % C GM 1;,。比例压力阀参数: 阀芯质量 F E; 弹簧刚度 G N 6 &&; 粘性摩擦力 GD N ( 6 & 6 +) ; 模糊控制器采用 1,O K 1%) 模糊推理方法, 采用重心法作为解模糊方法。 为了研究导轨承受变载荷时油膜厚度的变化情 况, 为导轨加上如图 GD 所示的阶跃载荷, 此时未改进 型供油系统油膜厚度变化曲线如图 GG 所示。
数控机床液体静压导轨结构的优化设计

数控机床液体静压导轨结构的优化设计摘要:数控机床的导轨性能对数控机床的加工中心有着直接的影响,常规材料制造的机床导轨产生的动力学与热力学无法满足现代的高精度零件加工,为了提高数控机床的加工精准度,采用液体静压导轨并对导轨进行了改进。
本文以某型号数控机床加工中心的液体静压导轨为研究对象,并对液体静压导轨进行了改进,通过合理的数据假设进行设计,从而增加数控机床加工的精准性。
首先强化液体静态导轨的内部结构,其次对数控机床液体静压导轨的性能进行分析,最后针对液体静压导轨表面进行设计,将U-V形沟槽与V形沟槽进行减阻对比。
实验模拟结果表明:液体静压导轨的静压变形最大值较小,导轨油垫进行了完善设计;U-V形沟槽在减阻上面有着显著的效果,可以有效地改善液体静压的综合性能,并对数控机床的导轨设计提供参考意见。
关键词:数控机床;液体静压导轨;结构设计引文:随着现代化发展越来越快,人们对生活和工作的现代化产品要求越来越便利,导致现在产品的做工需要更加精密,因此各行各业对精密数据机床的需求更加地迫切。
在这样的大环境下,我国科研人员研究出了具有独立产权的精密数控机床,并以此为基础进行了改进和完善,本文以液体静态导轨作为研究对象,通过对导轨的改进提高切削功能与刀具的寿命,并在导体表面进行了合理的设计和完善,采用对比手段进行对照,得出最佳的液体静态导轨设计方案,从而提高数控机床中心加工技术的精准性,为推进现代化科技发展奠定基础[1]。
1液体静压导轨的分析与结构设计1.1液体静压导轨分析液体静压导轨是一种卧式加工中心,其导轨表面能有效地减阻。
图1显示了卧式加工中心的结构图。
在机床加工时,采用液体静压导轨对立柱进行支撑、固定和引导,以减少立柱和床身之间的摩擦,从而传导刀具与工件的作用力,使数控机床加工更加的精准[2]。
图1 卧式加工中心结构示意图例如,在一个经典的车床加工过程中,其主要的加工程序中:切削量f=0.5mm/r,则切削速度 vc=150 m/min,其它的参数都是通过参考相关的设计手册得到的。
恒流闭式静压导轨静压系统修正计算法及应用

2 2 导轨 油腔 计算及 选 型 . ( )油腔布 局确 定 后 ,根 据机 床 载荷 情 况 ,由 1 力学平衡方程 可以计算 出各油腔承载载荷 ,得 到极限
情况下 的各 油腔承受的最大 载荷 F 及最小 载荷 F 的平 均值 ,即每对 油腔设 计状态时的承载能力 F : 0
平衡方程式 ( ) 6 ,得到各油 腔 的油 膜厚度 和压力 值 , 验证各油腔 在变 载 条件 下 的油 膜厚 度 及压 力 变化 范
静压导轨基础件看成 刚性体 ,而是结合有 限元受力分 析等手段 ,得 到导轨基础件受 载条 件下各 油腔处的受 力 和变 形情 况 ,减小 ( 由于有 限元 分 析也 只是 近似
计算法需要解决 的主要 问题 ,其主要原理就是利用有 限元力学分析 ,得到机床导轨基础件在受载条件下 的 应力和变形情况 ,更准确地得 到静压导轨各油腔 的承
( ) 由重 型机 床初 始 油膜 厚度 范 围 0 0 4 . 3—00 .6
m m选择该机床 的初始油 膜厚度 为刚性更 佳 ,精度 更
好 和对 基 础 件 精 度 要 求 较 高 的初 始 油 膜 厚 度 h = 0 0 m,并 由流量计算式 ( )得 到油腔初始 流量 , .3m 4 并根据选 型手册选 择流量相近的多头泵型号 。
( + )
式 中:Q 为流量 ( L mn ; 。 m / i)
。
( 4 )
一
个 平面的油腔油膜厚度 差小于 0 0 m。 .1 m
P 一 + ) 一 _广— (
P0 × 一F = P0 ×A2 A1 1 2 e
即
— — — — 一 一F :
( 5 )
() 6
2 1 确 定导轨 承 载 能力及 比压 . 根据机床总体设计方案得到数控机床 滑座 的承重 载荷 和机床不 同的极 限位 置和切 削扭矩 、主轴 抗力等 条件 ,由此 可以确定导轨的承载条件 ,并遵循机床承 载 比压的选用原则初步确定油腔布局 以及结构 。
液体静压导轨技术分析

善措施分析[J].制造技术与机床,2017 (11) : 56-64.
[11] LIU T,GA0 W G, TIAN Y L,et al. Thermal simulation
modeling of a hydrostatic machine feed platform
[J]. The International Journal of Advanced Manu
与传统导轨相比,液体静压导轨具有明显的优势:由
于导轨之间的摩擦转变为液体摩擦,
使用磨损极
小;如果导轨的运动速度发生变化,对油膜的 度以及厚
度的影响都极小。
2液体静压导轨性能影响因素分析
2.1油膜厚度影响
液体静压导轨的主要性能指标为承载能力和刚度,这
两个指标均与油膜相关。由于上下导轨是通油膜连接,
油膜起到了支承进给系统装置及工件的作用,所以需要油
压导轨,从供油方式又可分为定量式与定压式⑷。本文以闭 式定压液体静压导轨为例,阐述液体静压导轨的工作原理。
闭式定压液体静压导轨是在上下两个相对运动的导 轨面通入一定压 保持不变的压力油,形成一层具有一 定承载能力与度的油膜,使上下两个导轨面分开,浮于 油膜之上,如图2所示。通过流量控制器调节油膜,使油膜 具有一定的承载能力和刚度,保证运动件之间为纯液体摩 擦,从而降低导轨与滑块之间的摩擦力,保证导轨运行时 的精度
响[J].中国机械工程,2013,24(11) : 1421-1424.
[6] 俊,
.液体静压导轨油膜厚度的控制方案研'
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[7]
,赵 华,张作超,.PM流量控制器参数对液体静
压导轨性能 18 {186-194.
基于AMESim的静压导轨自适应供油系统的研究

( o eeo Mehncl nier g o gu nvr t。 hn h i 0 0 C C l g f c a i g ei ,D nh aU i sy S ag a 2 2 , HN) l aE n n ei 1 6
Ab t a t s r c :Th ef d p i e o ls p y s se o p n d h d o ttc si e s d se t td. I o l e p t e ol e s l—a a tv i up l y tm f o e e y r sai ld rwa is ra e tc u d k e h i i m h c n s at r d. e s l— a t i u p y s se o pe e y r sai l sr s a c e fl t i k e sun le e Th ef— d p ie ols p l y t m fo n d h d o ttc si rwa e e r h d a v de b sn y u ig AMES m n ta /Si l k s f r . i a d Malb mu i o t e n wa
荷 的滑 动导轨 , 处 于 纯 液 体 润滑 环 境 下 工作 。定 压 它 式液 体静 压导 轨 的工作 原理 图如 图 1所示 。
现象 , 而 使其在 直线 运 动过 程 中精 度 低下 。另外 , 从 当
静压导轨名词解释

静压导轨名词解释
静压导轨是一种高精度的导轨系统,主要用于精密机床和加工中心等设备上。
其工作原理是利用静压油的压力将运动部件平稳地引导到所需的位置,从而实现高精度的定位和控制。
静压导轨通常由两个主要部分组成:静压油腔和导轨面。
静压油腔是指用于储存静压油的腔体,其压力通常高于大气压力,以确保运动部件能够在静压油的作用下平稳地移动。
导轨面是指静压导轨的主平面,它通常是经过精密加工的,以确保运动部件能够在导轨面上平稳地移动。
静压导轨的优点包括高精度、高效率和低噪音。
由于静压导轨利用静压油的压力将运动部件平稳地引导到所需的位置,因此可以实现极高的定位和控制精度。
此外,静压导轨还可以提供较高的摩擦力,从而提高运动的效率和精度。
同时,由于静压导轨的运动部件不会受到空气摩擦的影响,因此运动部件的噪音通常较低。
机床静压导轨流量控制系统设计与分析

[ 关 键词 ] 流量 控制 系统 ; 极 点配置 ; 神 经 网络 ; P I D控 制 [ 中图分 类号 ] T G 5 0 2 [ 文献标 志码 ] A [ 文章 编号 ] 1 6 7 3— 8 0 0 4 ( 2 0 1 5 ) 0 2— 0 0 8 4— 0 5 近 年来 , 液体静 压导 轨 因刚 度高 、 精度高 、 磨 括静 压导 轨流 量控 制系统 数 学模 型 的建 立 , 控 制
型l J 】 . 本 文使 用变 频器 控制 异 步 电动 机转 速来
实现 静压 导轨 流 量 控 制 系 统 中 变量 泵 流量 的 自
化成模 拟 量信号 来对 变频 器频 率 进行 调 节 , 从 而 改变 电机 和泵 的转 速 , 以期 实 现 泵 的流 量 控
制 .
整定 调节 , 从 而 控 制 液体 静 压 导轨 的油 膜 厚 度 ,
惯 性 环节 和一 个 延 时 环 节. 经过实验可知 , 静 压
环节( P) 、 积分 环 节 ( , ) 和微 分 环 节 ( D) 组成 , 通
导轨 流量 控制 系统 简化 的传 递 函数 为 ] :
G ( s 卜 ( 1 )
过 调节 比例 环节 、 积 分环 节和 微分 环 节 的 3个参 数 值 、 K 和 来 实 现 对 被 控 对 象 的 控 制 - s 1 . 其中, 调 节 能 够 减 少 控 制 系 统 的偏
由实验 可 知 : K =2 2 , T I= 3 2 . 8 S , =0 . 2
S , :1 . 5 S . 将 其代 入 ( 1 )式可 得 静压 导 轨 流量
控 制后 的静压 导轨 流 量控 制系 统仿 真模 型 .
控 制 系统控 制模 型 为 :
探讨静压导轨发展现状及趋势研究分析

探讨静压导轨发展现状及趋势研究分析摘要:在重型龙门机床中,静压导轨技术扮演着至关重要的角色,它不仅是机床整体性能的重要体现,更是其核心技术之一。
静压导轨以其卓越的承载能力、高精度的测量能力以及卓越的稳定性而著称。
在设计过程中,静压导轨的承载计算、静压块的外形尺寸计算以及多头泵的压力选取等计算都具有同等重要的意义。
关键词:重型龙门机床;静压导轨技术;热变形1、引言导轨的结构形式可划分为两类:一类为具有开放式静压特性的导轨,而另一类则是采用闭式静压结构的导轨。
通过节流器将压力油导入开式静压导轨的各个油腔中,使各个运动部件上浮,从而使导轨表面被油膜隔离,最终油腔中的油经封油边源源不断地返回油箱中。
当动导轨在外载荷的作用下向下发生位移,导轨间隙减小,回油阻力增大,使得油腔内油压上升,从而达到均衡外载荷的目的。
该闭式静压导轨的上下导轨面均设有油腔,可承受双向外载荷,以确保所有运动部件的平稳运行。
导轨供油方式有定压式与定量式。
定压式静压导轨是对节流器入口油压强要求较高、应用较为广泛的设备。
定量式静压导轨是不需用节流器而给各油腔供给定量油泵,其通过油腔的压力油流量恒定。
2、静压导轨的原理静压导轨结构形式可以分为开放和封闭2种;另外燃油供应也可以分为定量式与定压式。
静压导轨上、下两个相对运动导轨面在受到一定压力时,会形成具有一定承载能力的高刚度结构使上、下两个导轨面脱离漂浮在油膜上,而压力油则保持不变。
本实用新型利用流量控制器对油膜进行调整,使得油膜有一定承载能力及刚度,确保运动件间是纯液体摩擦以减小导轨及滑块间摩擦力并确保导轨在工作过程中的准确性相对于传统导轨,静压导轨有明显优点:因导轨间摩擦变为液体摩擦而在长期使用过程中磨损最小;若导轨运动速度改变,则对油膜刚度和厚度影响最小。
3、静压导轨性能的影响要素分析3.1油膜厚度的影响静压导轨的主要性能参数包括其承载能力和刚度等,这些参数与油膜的特性息息相关。
静压导轨,作为一种创新的传动机构,在工业领域得到了广泛的应用,特别适用于支撑高速精密机床和大型机械传动装置。
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现有设计
工作条件 密封
耐腐蚀保护 工作温度
一个静压导轨系统至少有两根导轨 TSH45-XL,每根导轨有两个 滑块 (1ϫHLW45-A-SR-XL 和 1ϫHLW45-A-SL-XL)导轨的固定孔 采用铜塞片 KA20-M 密封。在对密封要求很高的应用场合, Schaeffler 提供一种圆锥形的特殊铜塞片 KA20-M-FA512.7 ; 遇到这种情况请联系我们。 静压导轨不能拼接,单根最大长度 2 940 mm。如果需要更长的 导轨,可以向我们咨询。 静压导轨正常运行的条件是: 液压油 HLP 46,符合 DIN 51524-2,液压油的粘度为 ISO VG 46, 必须采用 10 m 过滤器过滤。 滑块两端的弹性密封和下部的密封条保护系统免受污染, 防止滑块内液压油的泄露。 没有耐腐蚀设计。 静压导轨系统的 油液介质为 HLP46,工作温度为 +40 °C。 并且需要保持恒温,例如可以通过利用冷却系统来维持油液 温度。
对于阻尼、动态刚度和承载能力要求非常高的应用,现在可以 使用静压导轨系统,基于已经验证的滚柱直线导轨系统 RUE..-E, 尺寸 45。 带有预载的静压导轨系统是一个完整的单元,本身带有很好的 阻尼能力,不需要额外的阻尼部件。 静压导轨系统 HLE45-A-XL 具有 X-life 的品质。 静压导轨系统阻尼值高达 470 000 kg/s 同时,它具有与对应型号 的滚动导引系统几乎一样高的拉伸和压缩刚度。当静压导轨系统 用在机床上时,可以使机床具有更高的切削量、更好的表面加工 质量和更长的使用寿命。 滑块鞍板承载油腔中特殊的青铜涂层,可以保证静压导轨系统具 有优良的安全运行特性,这意味着在过载和供油压力不足的工作 条件下静压导轨系统不会被损坏。
到安装位置。 ■ 连接液压管路 (如果需要,滑块的进油和出油接头可以从
滑块的一侧换到另外一侧)。 ■ 开启液压站,进行供油。 ■ 将工作台轻放在滑块上。 ■ 固定滑块的螺钉 (从上面)。 ■ 首先拧紧外面四个螺钉,再拧紧中间螺钉,注意螺钉长度。 静压导轨系统已经准备好了,可以进行工作了。
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质量和精度。
导轨和滑块之间几乎没有摩擦,参见第 6 页,章节 摩擦。 压方向的静态刚度和直线导轨系统 RUE-E 相当。 在机床中的承载能力和标准直线导轨系统相当。静压导轨系统 可以支撑各个方向的力和力矩,除了运动方向。 加速度可以达到 100 m/s2,速度可以达到 120 m/min。
4 TPI 149
TPI 149 7
静压导轨系统
液压配置
液压系统的进油口和出油口 管路要求 进油管路
出油管路
每个滑块的供油流量必须达 1.3 l/min。
选择尽可能大直径的管路。
为了尽量减少因管道阻力造成的沿程压力损失,进油管路在尽 可能接近滑块处,通径减小为 4 mm。滑块上的液压接头型号为 L6 M12ϫ1.5 (滑块上的螺纹为 M10ϫ1)。 进油管路上需要安装一个断流阀,当回油管路压力过大 (大于 2 bar)时,切断滑块进油管路的供油。
在没有油的情况下,不要在导轨上移动滑块。否则,密封将被 破坏。 导轨必须校直,拧紧固定螺钉,必须使用铜填塞片封闭沉孔。 使用静压导轨时,导轨两端和滑块一端需要安装挡块。 安装导轨和滑块之前,必须遵守安装手册 MON 50 上的安装步骤 和注意事项。
按照下面的步骤进行安装: ■ 把已经涂抹液压油的滑块推上导轨,在没有载荷的情况下移动
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TPI 149 5
静压导轨系统
设计与安全指南 互换性
导轨和滑块是可以相互替换的,因此可以非常方便任意组合导轨 和滑块。 承载油腔的间隙已经事先设定。 静压导轨系统使用时,至少 2 根导轨,每根导轨 2 个滑块, 图 2。只有一根导轨或者一个滑块的系统是不能使用的。
0008B18D
图1 功能部件 这种方案的优势 只需要一种机床设计方案
性能特点
由于集成了液压控制阀,静压导轨系统是即装即用型设计, 和直线导轨系统具有相同的安装尺寸。
由于静压导轨设计符合直线导轨的 DIN 标准设计空间和 DIN 标准 安装尺寸 (和直线导轨具有相同的安装尺寸和外形尺寸), 因此一种机床设计方案,可以得到几种不同性能等级。 作为结果,一种机床设计方案就可以满足不同的加工要求。 根据以上的观点,举例说明下面的可行性: ■ 标准加工时,得到极好的表面质量和精度 ■ 大功率加工时,提高切削深度和金属去除率,得到较好的加工
6 TPI 149
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刚度 静压导轨系统的安装
安装
每个滑块的刚度 (温度约为 +40 °C)如下所示: ■ 压力方向 = 1200 N/m ■ 拉力方向 = 900 N/m ■ 侧方向 = 500 N/m。
以上刚度数值基于静压导轨系统 (HLE45),两根导轨 (TSH45),四个滑块 (HLW45),安装于一个平板,工作压力 10 MPa。刚度数值包括静压导轨系统 HLE 的变形,也包括连接 螺钉和周边结构的变形。 刚度数值仅适用于六根螺栓都连接,并且采用正确的液压站, 参见第 8 页,液压配置部分。
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TPI 149 3
静压导轨系统
功能
滑块的承载油腔内充满液压油,进油口要求持续稳定的压力, 图 1,集成的控制阀用来保证滑块承载油腔中有着均匀的压力。 最后,液压油从静压导轨系统的出油口抽回至液压回路中。
ᕃ 进油口 ᕄ 集成的控制阀
ᕅ 压力油腔 ᕆ 出油口 (无压力区)
静压导轨系统
和滚动直线导轨系统具有相同的安装尺寸
静压导轨系统
产品概览 特性
设计与安全指南
精度 订货举例、订货号
尺寸表
页 静压导轨系统 ........................................................................... 2
通过静压油膜阻尼振动............................................................. 3 X-life ......................................................................................... 3 功能 ......................................................................................... 4 这种方案的优势 ....................................................................... 4 现有设计 .................................................................................. 5 运行条件 .................................................................................. 5 密封 ......................................................................................... 5 耐腐蚀保护............................................................................... 5 工作温度 .................................................................................. 5
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TPI 149 1
产品概览 静压导轨系统
和滚柱直线导轨 HLE45-A-XL 具有相同的安装尺寸
00089D7E
2 TPI 149
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静压导轨系统
特性 通过静压油膜阻尼振动
标准直线导轨的滑块不能阻尼振动。为了有效阻尼振动, 滚柱直线导轨系统 RUE-E 需要使用额外的阻尼滑块 RUDS-D, 阻尼滑块布置在承载滑块中间。但是为了最有效的阻尼振动, 阻尼滑块必须布置在振幅最大的位置,因此需要很好的掌握 振动的形式。
ᕃ 滑块 HLW45-A-SL-XL ᕄ 滑块 HLW45-A-SR-XL
ᕅ 导轨 TSH45-XL
0008B090
图2 静压导轨系统
预载
预载对于静压导轨系统的通过滑块和导轨之间的压力油腔进行液压 预紧,预紧压力大约为 5 MPa。预载通过集成的控制阀在工厂 设定,不能改变。 增加预载则增加刚度。但是,预载不会影响静压导轨系统的移动 摩擦力和寿命。 在承载能力范围内,摩擦力和载荷大小无关。由于封闭式密封, 摩擦阻力是一个恒定值,每个滑块大约为 20 N。
互换性 ...................................................................................... 6 预载 ......................................................................................... 6 摩擦 ......................................................................................... 6 刚度 ......................................................................................... 7 静压导轨系统的安装 ................................................................ 7 液压配置 .................................................................................. 8 导轨固定孔布置形式 ................................................................ 13 相邻结构设计 ........................................................................... 14