一種采用無(wú)摩擦汽缸的重力平衡裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型是一種采用無(wú)摩擦汽缸的重力平衡裝置，該裝置相對(duì)傳統(tǒng)汽缸機(jī)構(gòu)采用的滑動(dòng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)和膠圈密封做了改變，采用空氣靜壓軸承直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向代替?zhèn)鹘y(tǒng)的滑動(dòng)導(dǎo)向，采用間隙密封代替了傳統(tǒng)的膠圈密封，從而極大地降低了活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦干擾力對(duì)運(yùn)動(dòng)精度的影響，提高汽缸作用力的準(zhǔn)確和精密控制。
【專利說(shuō)明】
一種采用無(wú)摩擦汽缸的重力平衡裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型是一種采用無(wú)摩擦汽缸的重力平衡裝置，屬于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。該裝置可以對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件實(shí)現(xiàn)精密準(zhǔn)確的重力平衡和無(wú)摩擦干擾力的運(yùn)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)豎直運(yùn)動(dòng)部件的無(wú)干涉運(yùn)動(dòng)和微位移控制。
【背景技術(shù)】
[0002]汽缸是工業(yè)產(chǎn)品中的常用執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)位移傳動(dòng)和推力控制。在某些場(chǎng)合，需要對(duì)汽缸的推力進(jìn)行準(zhǔn)確和恒定的控制。由于傳統(tǒng)汽缸結(jié)構(gòu)中采用的膠圈密封和滑動(dòng)導(dǎo)向引起的摩擦力的影響，汽缸推力不能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、精密和恒定的控制；由于滑動(dòng)摩擦力方向總是與運(yùn)動(dòng)方向相反，使得汽缸的實(shí)際推力受到摩擦力的干擾不能實(shí)現(xiàn)恒定;且摩擦力是非線性力，汽缸的實(shí)際推力不能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確和精密的控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型正是針對(duì)上述現(xiàn)有汽缸存在的不足而設(shè)計(jì)提供了一種采用無(wú)摩擦汽缸的重力平衡裝置，其目的是為了克服傳統(tǒng)汽缸在精密運(yùn)動(dòng)控制方面的使用缺陷。該裝置采用空氣靜壓軸承做汽缸的導(dǎo)向和密封，實(shí)現(xiàn)汽缸運(yùn)動(dòng)時(shí)無(wú)摩擦干擾力的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)汽缸運(yùn)動(dòng)時(shí)輸出推力的準(zhǔn)確、精密和恒定，實(shí)現(xiàn)汽缸的精密重力平衡控制。
[0004]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
[0005]該種采用無(wú)摩擦汽缸的重力平衡裝置，該重力平衡裝置包括由活塞桿(I)、活塞
(14)、活塞桿導(dǎo)向套(11)和氣缸套(15)組成的汽缸，其特征在于:
[0006]1.1在活塞桿(I)和活塞桿導(dǎo)向套(11)之間形成靜壓軸承副
[0007]在活塞桿導(dǎo)向套(11)的內(nèi)環(huán)表面上加工有環(huán)狀內(nèi)凹的氣室I(2)，氣室I (2)的截面為等腰梯形，該梯形的高度為0.15毫米，與活塞桿(I)貼近的底邊長(zhǎng)度為0.3毫米，在活塞桿導(dǎo)向套(11)上沿圓周方向均布加工有進(jìn)氣道1(4)，進(jìn)氣道(4)的下部為節(jié)流孔1(3)，節(jié)流孔1(3)與氣室1(2)相通，節(jié)流孔1(3)的直徑為0.15毫米，相鄰兩個(gè)進(jìn)氣道1(4)之間的夾角為30°?60°，活塞桿(I)和活塞桿導(dǎo)向套(11)之間為間隙配合，兩者之間的間隙1(6)為7至8微米，另外，在活塞桿導(dǎo)向套(11)的內(nèi)環(huán)表面上加工另一條環(huán)狀內(nèi)凹的泄壓環(huán)1(5)，泄壓環(huán)1(5)的截面為正方形，深度為I至2毫米，泄壓環(huán)1(5)位于氣室I (2)與汽缸的前壓力氣室
(13)之間，泄壓環(huán)1(5)通過(guò)加工在活塞桿導(dǎo)向套(11)上的氣道1(20)與大氣相通；
[0008]1.2在活塞(14)和氣缸套(15)之間形成靜壓軸承副
[0009]在活塞(14)的內(nèi)環(huán)表面上加工有環(huán)狀內(nèi)凹的氣室Π(9)，氣室Π (9)的截面為等腰梯形，該梯形的高度為0.15毫米，與氣缸套(15)貼近的底邊長(zhǎng)度為0.3毫米，在活塞(14)上沿圓周方向均布加工有進(jìn)氣道Π (17)，進(jìn)氣道Π (17)的下部為節(jié)流孔Π (10)，節(jié)流孔Π
[10]與氣室Π(9)相通，各條進(jìn)氣道Π (17)均與活塞(14)中心處的與大氣連通的連接孔
(16)連接，節(jié)流孔Π (10)的直徑為0.15毫米，相鄰兩個(gè)進(jìn)氣道Π (17)之間的夾角為30°?60°，活塞(14)和活塞桿汽缸套(15)之間為間隙配合，兩者之間的間隙Π (7)為7至8微米，另夕卜，在活塞(14)的內(nèi)環(huán)表面上加工另一條環(huán)狀內(nèi)凹的泄壓環(huán)Π (8)，泄壓環(huán)Π (8)的截面為正方形，深度為I至2毫米，泄壓環(huán)Π (8)位于氣室Π (9)與汽缸的前壓力氣室(13)之間，泄壓環(huán)Π (8)通過(guò)加工在活塞(14)上的氣道Π (18)與汽缸的后壓力氣室(19)相通。
[0010]上述結(jié)構(gòu)中，泄壓環(huán)1(5)的作用是保證節(jié)流孔1(3)與汽缸前壓力室(13)之間的氣壓平衡穩(wěn)定，泄壓環(huán)Π (8)的作用是保證節(jié)流孔Π (10)與汽缸后壓力室(19)之間的氣壓平衡穩(wěn)定。
[0011]本實(shí)用新型裝置是為了滿足超精密機(jī)床豎直運(yùn)動(dòng)部件的重力平衡而開(kāi)展研究的。超精密機(jī)床中，不僅要對(duì)豎直運(yùn)動(dòng)部件的重力進(jìn)行精密的平衡，而且要求平衡系統(tǒng)產(chǎn)生的摩擦力對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)盡量小，以滿足運(yùn)動(dòng)控制精度的要求。摩擦干擾力和非線性粘滯力是決定機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度的重要因素之一，必須嚴(yán)格控制。在超精密機(jī)床中采用空氣靜壓軸承導(dǎo)向無(wú)干涉汽缸對(duì)運(yùn)動(dòng)精度控制和位移伺服控制十分有效。
[0012]超精密數(shù)控機(jī)床的配重平衡必須有效地降低運(yùn)動(dòng)平衡系統(tǒng)的摩擦阻力和非線性粘滯阻力；通過(guò)在平衡系統(tǒng)中采用氣體靜壓導(dǎo)向和間隙密封等技術(shù)，有效地降低運(yùn)動(dòng)的摩擦阻力和非線性粘滯阻力，消除平衡系統(tǒng)對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的干擾;通過(guò)控制供氣壓力的穩(wěn)定等措施，實(shí)現(xiàn)超精密機(jī)床豎直運(yùn)動(dòng)部件配重平衡的準(zhǔn)確、精密和恒定，實(shí)現(xiàn)無(wú)干涉的重力平衡。
[0013]本實(shí)用新型裝置對(duì)傳統(tǒng)汽缸機(jī)構(gòu)采用的滑動(dòng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)和膠圈密封做了改變，采用空氣靜壓軸承直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向代替?zhèn)鹘y(tǒng)的滑動(dòng)導(dǎo)向，采用間隙密封代替了傳統(tǒng)的膠圈密封，從而極大地降低了活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦干擾力對(duì)運(yùn)動(dòng)精度的影響，提高汽缸作用力的準(zhǔn)確和精密控制。
[0014]空氣靜壓軸承采用空氣作為潤(rùn)滑介質(zhì)，空氣靜壓的摩擦系數(shù)很小，正常情況只有滑動(dòng)摩擦系數(shù)的百分之一以下，且空氣靜壓的摩擦系數(shù)隨著運(yùn)動(dòng)速度變化不大，摩擦力基本恒定。所以，空氣靜壓軸承導(dǎo)向汽缸可以實(shí)現(xiàn)汽缸運(yùn)動(dòng)時(shí)基本恒定的推力控制，實(shí)現(xiàn)汽缸運(yùn)動(dòng)時(shí)無(wú)摩擦干擾力的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)汽缸輸出推力的準(zhǔn)確、精密和恒定，實(shí)現(xiàn)汽缸的精密重力平衡控制。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型裝置作進(jìn)一步地詳述:
[0017]參見(jiàn)附圖1所示，該種采用無(wú)摩擦汽缸的重力平衡裝置，該重力平衡裝置包括由活塞桿1、活塞14、活塞桿導(dǎo)向套11和氣缸套15組成的汽缸，其特征在于:
[0018]1.1在活塞桿I和活塞桿導(dǎo)向套11之間形成靜壓軸承副
[0019]在活塞桿導(dǎo)向套11的內(nèi)環(huán)表面上加工有環(huán)狀內(nèi)凹的氣室12，氣室12的截面為等腰梯形，該梯形的高度為0.15毫米，與活塞桿I貼近的底邊長(zhǎng)度為0.3毫米，在活塞桿導(dǎo)向套11上沿圓周方向均布加工有進(jìn)氣道14，進(jìn)氣道4的下部為節(jié)流孔13，節(jié)流孔13與氣室12相通，節(jié)流孔13的直徑為0.15毫米，相鄰兩個(gè)進(jìn)氣道14之間的夾角為30°?60°，活塞桿I和活塞桿導(dǎo)向套11之間為間隙配合，兩者之間的間隙16為7至8微米，另外，在活塞桿導(dǎo)向套11的內(nèi)環(huán)表面上加工另一條環(huán)狀內(nèi)凹的泄壓環(huán)15，泄壓環(huán)15的截面為正方形，深度為I至2毫米，泄壓環(huán)15位于氣室12與汽缸的前壓力氣室13之間，泄壓環(huán)15通過(guò)加工在活塞桿導(dǎo)向套11上的氣道120與大氣相通；
[0020]1.2在活塞14和氣缸套15之間形成靜壓軸承副
[0021 ]在活塞14的內(nèi)環(huán)表面上加工有環(huán)狀內(nèi)凹的氣室Π 9，氣室Π 9的截面為等腰梯形，該梯形的高度為0.15毫米，與氣缸套15貼近的底邊長(zhǎng)度為0.3毫米，在活塞14上沿圓周方向均布加工有進(jìn)氣道Π 17，進(jìn)氣道Π 17的下部為節(jié)流孔Π 10，節(jié)流孔Π 10與氣室Π9相通，各條進(jìn)氣道Π 17均與活塞14中心處的與大氣連通的連接孔16連接，節(jié)流孔Π 10的直徑為0.15毫米，相鄰兩個(gè)進(jìn)氣道Π 17之間的夾角為30°?60°，活塞14和活塞桿汽缸套15之間為間隙配合，兩者之間的間隙Π7為7至8微米，另外，在活塞14的內(nèi)環(huán)表面上加工另一條環(huán)狀內(nèi)凹的泄壓環(huán)Π 8，泄壓環(huán)Π 8的截面為正方形，深度為I至2毫米，泄壓環(huán)Π 8位于氣室Π 9與汽缸的前壓力氣室13之間，泄壓環(huán)Π 8通過(guò)加工在活塞14上的氣道Π 18與汽缸的后壓力氣室19相通。
[0022]本項(xiàng)實(shí)用新型是將配重懸掛在汽缸活塞桿上，汽缸活塞桿和活塞的導(dǎo)向與密封分別采用氣體靜壓軸承結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)?；钊麠U與活塞桿導(dǎo)向套之間為一個(gè)完整的空氣靜壓軸承副，活塞桿與活塞桿導(dǎo)向套之間完全沒(méi)有固體接觸摩擦?；钊c汽缸套之間為一個(gè)完整的空氣靜壓軸承副，活塞與氣缸套之間完全沒(méi)有固體接觸摩擦。
[0023]作用時(shí)，本實(shí)用新型裝置的的氣缸套15安裝在超精密機(jī)床Z軸滑架之上，刀架安裝在活塞桿I之下，重力平衡氣缸可以在垂直于地面的方向上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。當(dāng)氣缸處于工作狀態(tài)時(shí)，氣缸套15相對(duì)于滑架固定不動(dòng)，活塞14與活塞桿I在汽缸的前、后壓力氣室的壓力作用下能夠?qū)⒌都艿闹亓ζ胶?，汽缸運(yùn)動(dòng)時(shí)由于靜壓軸承副的作用，處于完全浮起狀態(tài)，無(wú)固體接觸摩擦阻力，低速運(yùn)動(dòng)時(shí)阻力小于20克，比傳統(tǒng)汽缸能夠?qū)崿F(xiàn)的運(yùn)動(dòng)阻力小一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。
[0024]與傳統(tǒng)膠圈密封的汽缸結(jié)構(gòu)相比，本實(shí)用新型裝置極大地降低了汽缸運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力，提高了汽缸輸出力的準(zhǔn)確性和精密性，可實(shí)現(xiàn)汽缸運(yùn)動(dòng)時(shí)基本恒定的輸出力，對(duì)實(shí)現(xiàn)汽缸運(yùn)動(dòng)的精密控制和微小位移的實(shí)現(xiàn)十分有利。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種采用無(wú)摩擦汽缸的重力平衡裝置，該重力平衡裝置包括由活塞桿(I)、活塞(14)、活塞桿導(dǎo)向套(11)和氣缸套(15)組成的汽缸，其特征在于: 在活塞桿(I)和活塞桿導(dǎo)向套(11)之間形成靜壓軸承副； 在活塞桿導(dǎo)向套(11)的內(nèi)環(huán)表面上加工有環(huán)狀內(nèi)凹的氣室1(2)，氣室1(2)的截面為等腰梯形，該梯形的高度為0.15毫米，與活塞桿(I)貼近的底邊長(zhǎng)度為0.3毫米，在活塞桿導(dǎo)向套(11)上沿圓周方向均布加工有進(jìn)氣道1(4)，進(jìn)氣道(4)的下部為節(jié)流孔1(3)，節(jié)流孔1(3)與氣室1(2)相通，節(jié)流孔1(3)的直徑為0.15毫米，相鄰兩個(gè)進(jìn)氣道1(4)之間的夾角為30°?60°，活塞桿(I)和活塞桿導(dǎo)向套(11)之間為間隙配合，兩者之間的間隙1(6)為7至8微米，另夕卜，在活塞桿導(dǎo)向套(11)的內(nèi)環(huán)表面上加工另一條環(huán)狀內(nèi)凹的泄壓環(huán)1(5)，泄壓環(huán)1(5)的截面為正方形，深度為I至2毫米，泄壓環(huán)1(5)位于氣室1(2)與汽缸的前壓力氣室(13)之間，泄壓環(huán)1(5)通過(guò)加工在活塞桿導(dǎo)向套(11)上的氣道1(20)與大氣相通； 在活塞(14)和氣缸套(15)之間形成靜壓軸承副； 在活塞(14)的內(nèi)環(huán)表面上加工有環(huán)狀內(nèi)凹的氣室Π (9)，氣室Π (9)的截面為等腰梯形，該梯形的高度為0.15毫米，與氣缸套(15)貼近的底邊長(zhǎng)度為0.3毫米，在活塞(14)上沿圓周方向均布加工有進(jìn)氣道Π (17)，進(jìn)氣道Π (17)的下部為節(jié)流孔Π (10)，節(jié)流孔Π (10)與氣室Π (9)相通，各條進(jìn)氣道Π (17)均與活塞(14)中心處的與大氣連通的連接孔(16)連接，節(jié)流孔Π (10)的直徑為0.15毫米，相鄰兩個(gè)進(jìn)氣道Π (17)之間的夾角為30°?60°，活塞(14)和活塞桿汽缸套(15)之間為間隙配合，兩者之間的間隙Π (7)為7至8微米，另外，在活塞(14)的內(nèi)環(huán)表面上加工另一條環(huán)狀內(nèi)凹的泄壓環(huán)Π (8)，泄壓環(huán)Π (8)的截面為正方形，深度為I至2毫米，泄壓環(huán)Π (8)位于氣室Π (9)與汽缸的前壓力氣室(13)之間，泄壓環(huán)Π (8)通過(guò)加工在活塞(14)上的氣道Π( 18)與汽缸的后壓力氣室(19)相通。
【文檔編號(hào)】B23Q5/00GK205423393SQ201520763277
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2015年9月29日
【發(fā)明人】房建國(guó), 呂來(lái)鵬, 李迪, 李成瑋, 王莉平, 張洋, 馬藝航
【申請(qǐng)人】中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空精密機(jī)械研究所