直线滚珠导轨液压制动器的研制.pdf

工艺与装备 组合机床与自动化加工技术 文章编 号 】 0 0 1 2 2 6 5 2 0 l 0 】 2 0 1 0 40 2 直线滚珠导轨液压制动器的研制 李 国华 ， 张恒 1 ． 天津 中德 职业技术学院 机械工程系， 天津3 0 0 1 9 1 ； 2 ． 河北工业大学 机械工程学院， 天津3 0 0 1 3 0 摘 要 依 据液 压传 动原理 ， 研 制 了一种 用 于直线滚珠 导轨 上 的液 压制 动 器 ， 其制 动 力 直接 作 用在 直线 滚珠 导轨 的非工 作 面上 ， 与 作 用在 进 给机 构 上 的 传统 制 动 方 式相 比， 具 有 结构 简单 ， 体 积 小 ， 夹 紧 力 可调 ， 刚性 高 ， 便 于拆装 ， 不损 坏导轨 及进 给机 构等诸 多特 点 。且 文 中详 细介 绍 了制 动 器 的结 构及 关 密封 的关键技 术 决。 关键 词 液压 ； 制动 器 ； 滚 动 导轨 中图分 类号 T H1 6 ； T G 6 5 文献标 识码 A De s i g n o f Hy dr au l i c Ar r e s t e r o n Li ne Ro l l i ng Gu i de LI Gu o h u a ，ZHANG He n g 1 ． T i a n j i n S i n o Ge r ma n Vo c a t i o n a l T e c h n i c a l C o l l e g e ，T i a n j i n 3 0 0 1 9 1 ，C h i n a；2 ． S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， H e r b e i U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， T i a n j i n 3 0 0 1 3 0， C h i n a Ab s t r a c t Th i s a r t i c l e d e v e l o ps a h yd r a u l i c b r a k e f o r l i n e a r ba l l r a i l s ba s e d o n hyd r a ul i c t he o l “ ，a n d t h e b r a k e f o r c e a c t s o n t h e s u r f a c e of t h e l i ne a r b a l l g u i d e’ S no n wo r k d i r e c t l y． Co mpa r e d t o t he c o n v e n t i o na l b r a k i n g wa y a c t i n g o n f e e d me c h a n i s m i t h a s a s i mp l e s t r u c t u r e ， s ma l l s i z e ， r e l i a b l e c l a mpi n g f o r c e ， h i g h r i - g i d i t y a n d e a s y a s s e mb l y a nd d i s a s s e mb l y，n o d a ma g e t o t he r a i l a n d i n t o t h e b od y，a n d ma n y o t h e r f e a - t ur e s ．Fu r t h e r mo r e ，i t d e s c r i be s i n d e t a i l t h e s t ru c t ur e a n d ke y t e c h no l o g i e s br e ak s e a l i n g s o l u t i o ns ． Ke y wo r d sh yd r a u l i c pr e s s u r e ；b r a k e s ； r a i l b r a k e 0 引言 机床 制动器 利用 由推力或 弹性力产生 的摩 擦力制 动并锁紧直线导轨上的运动部件。传统的制动锁紧方 式是锁 紧力作用在进 给 机构 上 ， 通 过滚 珠丝 杠 螺母 副 提供制 动力 ， 结构复杂 ， 固定 刚性差 。本文提 出 了一 种 液压 制动器 ， 将 液压产 生 的制 动力 作用 于直 线 滚珠 导 轨 两侧 的非工作 面上 ， 利用 导轨 制动 ， 制 动效 果直 接 ， 刚性高 ， 而且制 动器体积小 ， 结 构简单 ， 便 于拆装 ， 制 动 性能可靠 ， 制 动力 大小可 调 。液压 制动 器 已成 功应用 于天津钢 管集 团公 司大 口径 热轧无缝钢 管和石油套 管 生产线 的管排锯设备 上 ， 该 设备 有 水平 和垂 直两 个运 动方向， 在切割钢管的过程中， 制动器锁紧水平导轨， 平衡垂直导轨 上主轴 箱 的重力 下 滑力 ， 根据 制力 使用 要求 ， 可 以设 置多个 制动 器 。直 线 滚珠 导轨 液压 制动 器 的研制填补 了 国内此项技术 的空 白。 1 液压制动器的工作原 理 直线滚 珠 导 轨 制 动 器 的 工 作 原 理 如 图 1所 示 ， 由制 动块 、 密 封 组 件 和 内部 的 弹 簧 片 组 成 一作 液 压 缸分 别放 置 在 制 动 器 内矩 形 槽 两 侧 ， 液 压 油 通 过 制 动块 体 内的 油路 同 时 进 入 两 侧 缸 内 ， 当液 压 油 压力 升高 时 ， 推动 制 动 块 压 紧直 线 滚 珠 导 轨 的 两侧 非 工 作面 产生 制 动 夹 紧力 。 由于 液 压 缸 双 侧 布 置 ， 制 动 块对 导轨 的 夹 紧 力 是 对 称 的 ， 所 以不 会 产 生 颠 覆 力 矩 。液压油 卸 压 时 ， 固定 在 制 动 块 体 上 的弹 簧 片将 制制 动块 拉 回 ， 完 成 松 开 动 作 。这 里 制 动 块 相 当 于 液压 缸 的缸 筒 ， 密封组 件相 当于活塞 。 进／ 出油口 拉簧 制动块 密封组件 图 1 直 线 滚 珠 导 轨 制 动 器 的 作 结 构 原 理 收稿 日期 2 0 1 00 6 0 4； 修回 日期 2 0 1 0～ 0 72 3 作者简介 李国华 1 9 5 3 一 ， 男 ， 天津市人 ， 中德职业技术学 院机械 工程系 高级 实验师 ， 主要从事机械 设计与 制造的教学 与科研工作 ， E m a i l l g h z d p x 1 2 6 ． c o rn。 l 0 4 - 2 0 1 0 年第1 2 期 工艺与装备 2 结 构 设 计 图 2为制 动 器 的装 配 图 ， 由 制 动 器 体 、 制 动 块 、 弹 簧片 和密封 组件 组 成 。制 动 器体 外 形 尺 寸 与滚 动 块相 同 ， 液 压 油 由制 动 器 体 侧 的接 口经 内 部 油 路 进 入两 侧液 压 缸 内 ， 制 动 器 体 上 有 与导 轨 上 运 动 部 件 和 弹簧片 的连接 螺孔 ， 两 端有 导轨 防尘 密封组 件 。 厂 夹 I ＼＼ ＼ ＼ ＼ 。 、 ＼＼V＼＼＼ ， r 7 、 耗 开 弹簧 片为 长 条 形 ， 上 长 圆 形 凸 台 与制 动器 体 用 两根 螺栓 连接 ， 凸 台 中 间是 进油 孔 ， 与 制 动器 体 的 密 封元件 是 0形 圈 ， 两 端 凸起 的 圆台 与制 动块 配 合 ， 起 定位作用 ， 两端用螺钉与制动块连接。弹簧 片的厚 度 决定 弹力 的 大 小 切 ， 厚 度 设 计 首 先要 考 虑 弹 簧 片 产 生 的预拉 力 能够使 制动 块压 紧密 封组 件 。 3 关键技术 j 图 2液 压 制 动 器 装 配 图 制 动块 通 过 固定 在 型 腔 内 的 弹簧 片连接 在制 动器 体上 ， 制 动块 的结 构如 图 3所示 ， 其 内部 的长 方槽 相 当于 液压 缸 。液 压油 经 弹簧 片 中 央 的 进 油 口进 入 导油槽 ， 然后 沿 弹簧 片 与制 动块 之 间 的间隙 均 匀 流 人 液 压 缸 内 。为 了 减 少 长方 槽 的铣削 深度 ， 考虑 到 弹 簧 片 的 固 定部 位须 加厚 ， 所 以长方 槽 中还有 两 个 圆柱 凹窝 和一个 腰槽 。 密封是 直线 导 轨 制动 器 的关 键技 术 环 节 ， 从 整体 结 构 上看 油 腔 在 制 动块 内 ， 用 密 封 组 件 将 制 动块 的 油 腔 封 严 ， 在 这 里 ， 密 封组件 既 是密 封 件 ， 又 起 到 活塞 的 作 用 ， 当 压 力 油 推 动 制 动 块 移 动 产 生 夹 动器体 紧力 时 ， 密 封 组 件 与 制 动 块 之 间 有 相 对 运 动 ， 制 动块 的 复位 依 靠 弹 簧 片完 成 ， 弹 簧片与制动器体连接部分要穿过密封组 件 ， 所 以 密封 组 件 要 保 证 制 动 块 油 腔 的 密 封 ， 又要 保 证 与 弹 簧 片 与 制 动 器 体 连 接 部 分 的密 封 ， 这 种 结 构形 式 是 液 压 密 封结 构 中所 没 有 的。 将弹 簧片 的两 端 用 沉 头螺 钉 固定 在 制动 块 的 油 腔 内， 然 后 将 橡 胶 密封 片 的 凸缘 嵌 入 制 动块 四周 的 凹槽 内 ， 中 间 的 长 圆形 孔使 弹 簧 片 中间 与制 动 器 体 连接 的长 圆形 凸 台露 出 ， 这 样 可 将 制 动 块 体 内 的油 腔 密 封 ， 液 压 油 从 设 在 弹 簧 片 长 圆 凸 台 中 央 的进 油 孔进 入 出 油 腔 ， 加 载 制动块连接孔 图 4 弹簧片连接螺孔 导油槽 弹簧片子 口 密封槽 油腔 图 3制 动 块 结 构 密封盖子 口 进油扎 制动器体连接螺孔 定位凸台 弹簧片结构 或卸 载 。为 防 止 泄 漏 ， 利 用 密 封 组 件 压盖 对密 封胶 片 见 图 5 的密 封裙 边 产生 压力 ， 使 密 封 胶 片 的密 封 部 分 产 生弹性 变形 从 而达 到密封 效果 。如 图 2所 示 。 实验证 明 ， 高压 时 ， 密封 依靠 作用 在 密封 片 内侧 的压力 将密封 片 的外缘 压 人密 封槽 内 ， 密 封性 能 良好 ， 低 卸压 时 ， 密封 依 靠 压 盖 凸 缘 在 弹 簧 片 的预 紧力压 紧 密封 片 ， 由于裙 边 预压 缩 变 形 量不 足 ， 容 易产 生 下转 第 1 0 9页 2 0 1 0 年第1 2 期 工艺与装备 曲线 1 表示是电机扰动转矩 “ D T R Q” 图 8校 准 主 轴 观 测 器 前 的初 始 图形 曲线1 表示是电机扰动转矩 “ D T R Q ”， 曲线2 表示是电机速度 “ S P E E D ” 图 9校 准 观 测 器 后 的 最 佳 波 形 3 正常切削时报警级设置 在满 足正 常 切 削 的前 提 下 ， 对 发 生 碰 撞 时 的 主 轴所 承受 的载荷 大小 的报警 级 参 数 N o ． 4 3 4 1进行 设 置 ， 此 值 的设 定 一 定 要 根 据 机 床 厂 家 设 备 性 能 和 具 体切 削情 况 而 定 。此 参 数 按 电机 的 最 大 输 出 扭 矩 0 ． O 1 ％设 定 ， 设 定 为 “ 0 ” 时 ， 不 予 输 出主 轴 的异 常 负 载检测 报警 。 3 结束语 使 用异 常 负 载 监 测 功 能 实 现 防 碰 撞 保 护 ， 通 过 在 我公 司生产 的 九轴 五联 动车 铣 复合 机 床 中应 用证 明 此方 法碰撞 保 护 可靠 ， 成 本 低 ， 容 易推 广 ， 避 免 了 机 械系 统和 数控 系统 的损 伤 ， 降低 了机 床维 修 费 用 ， 保 持 了机床精 度 ， 提高 了经济 效益 。 [ 参考文献 ] [ 1 ]F A N U C A C S E R V O M O T O R A l p h a i ／ B e t a i s e F i e s P A R A M ETER M ANUAL． [ 2 ]F A N U C A C S P I N D L E MO T O R A l p h a i ／ B e t a i s e r i e s P A R A ME T E R M A N U A L ． 编辑 赵 蓉 上接 第 1 0 5页 泄漏 ， 这 时 ， 可 以通 过调 整 压 盖 的压 人量 达 到 低压 密 封 ， 预压 紧力 的大 小 通 过 调 整 弹 簧 片 的变 形 量 的大 小 实现 。 构与 尺寸 要 与 动 件 体 所 受 作 力 锁 紧 力 相 适 配 ， 制 动 器与 直线 滚动 导轨 的滚 动块 尺 寸相 同。这 种 结构 只 适 用 于直线 滚 珠 导 轨 ， 不 适 用 于滑 动 导 轨 或 滚 柱 滚 动导 轨 ， 因为这 两种 导 轨两 侧 面是 工 作 面 ， 如果 附加 密封胶片 图 5密封组件结构 4 结束语 液压制动器工作压力范围为 7～ 2 1 M P a ， 导轨结 安装 承 受 制 动 力 的 元 件 ， 液 压 制 动 器仍 可应用 ， 而且 不受 滚动块 形状 尺 寸限制 而仍 然起 到制 动 、 锁 紧和平 衡 的作用 。 [ 参考文献 ] [ 1 ]曹 玉 平 ， 阎祥 安．液 压 传 动 与 控 制 [ M] ．天津 天津大学出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 2 ] 吴 宗泽 ．机械设计 师手册[ M] ．北京 机 械 工 业 出版 社 ， 2 0 0 2 ． [ 3 ]杜 文君 ， 邓 广 敏．数控 技术 [ M] ．天 津 天津大学出版社 ， 2 0 0 1 ． 编辑赵蓉