一種雙液壓缸配重的兩軸電轉(zhuǎn)臺機(jī)構(gòu)及其補(bǔ)償傾覆力矩的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種雙液壓缸配重的兩軸電轉(zhuǎn)臺機(jī)構(gòu)及其補(bǔ)償傾覆力矩的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]兩軸電轉(zhuǎn)臺，是五軸聯(lián)動加工設(shè)備的首選布局部件，但擺動軸的傾覆力矩，是影響兩軸電轉(zhuǎn)臺實現(xiàn)高加速度、高剛性平穩(wěn)加工的主要原因。由于轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題(加工平面低，鋼鐵材料本身自重)，當(dāng)轉(zhuǎn)臺保持水平靜止時，轉(zhuǎn)臺的重心通常在A軸正下方(如圖1和圖2所示)；當(dāng)轉(zhuǎn)臺繞A軸旋轉(zhuǎn)時，在轉(zhuǎn)臺自身重力作用下將產(chǎn)生傾覆力矩T。
[0003]搖籃式轉(zhuǎn)臺的擺動部分在耳軸下方，裝夾工件時，要求工件與搖籃的合成重心與轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)軸線(A軸)大體重合，可以減少回轉(zhuǎn)所需的扭矩。目前，轉(zhuǎn)臺傾覆力矩對機(jī)床加工的影響，發(fā)生在下面的工況中:當(dāng)機(jī)床正常工作，需要轉(zhuǎn)臺繞A軸旋轉(zhuǎn)并維持傾斜一定角度以加工工件時，由于傾覆力矩的作用，電機(jī)提供的力矩不足以固定轉(zhuǎn)臺，轉(zhuǎn)臺會慢慢沿力矩方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)所轉(zhuǎn)角度超過A軸跟蹤誤差時，數(shù)控系統(tǒng)會糾正轉(zhuǎn)臺的角度誤差，將轉(zhuǎn)臺重新定位，轉(zhuǎn)到所需角度誤差范圍內(nèi)。所以，當(dāng)需要長時間傾斜轉(zhuǎn)臺加工時，轉(zhuǎn)臺會不斷的重復(fù)上述過程，對加工精度造成影響。
[0004](1)轉(zhuǎn)臺繞A軸旋轉(zhuǎn)運動，加工工件時
[0005]Μ電機(jī)=Μ傾覆+Μ加工+Μ旋轉(zhuǎn)
[0006](2)轉(zhuǎn)臺繞Α軸維持傾斜一定角度，加工工件時
[0007]Μ電機(jī)=Μ傾覆+Μ加工
[0008]其中，Μ電機(jī)、Μ傾覆為固定值，Μ傾覆的值越大，分配給Μ加工、Μ旋轉(zhuǎn)的力矩值越小，對轉(zhuǎn)臺的定位和加工越不利。本發(fā)明通過雙液壓缸配重的機(jī)械平衡機(jī)構(gòu)，減小或合理補(bǔ)償轉(zhuǎn)臺傾覆力矩的影響，提高此類機(jī)床的加工精度，并可以降低成本。
[0009]目前，專門針對轉(zhuǎn)臺傾覆力矩方面的研究目前比較少，多數(shù)是從自動化控制的角度來研究，而從機(jī)械結(jié)構(gòu)角度來補(bǔ)償傾覆力矩的研究，還尚未見到。減小或合理補(bǔ)償轉(zhuǎn)臺傾覆力矩的影響目前可以通過以下途徑解決:
[0010](1)提高轉(zhuǎn)臺高度的方法。減小轉(zhuǎn)臺重心與傳動軸Α軸之間的距離，減小轉(zhuǎn)臺在偏轉(zhuǎn)時自身重力的作用力臂，從而減小轉(zhuǎn)臺的傾覆力矩。由于機(jī)床整體空間有限，轉(zhuǎn)臺高度提高后，機(jī)床加工刀具的活動空間會隨之變小，給加工帶來極大的不便，而且當(dāng)工件的質(zhì)量較大、中心較高時，又會產(chǎn)生反向的傾覆力矩。更為嚴(yán)重的是，加大了刀具與加工工件及夾具相撞的風(fēng)險。若發(fā)生這種情況，損失是很大的，不但容易損壞設(shè)備，嚴(yán)重時還會危害人身安全，所以這種辦法一般不可行。
[0011](2)調(diào)整控制系統(tǒng)參數(shù)的方法。提高比例系數(shù)P值，以減小跟蹤誤差。縮短采樣周期T，同樣可以達(dá)到提高系統(tǒng)精度的目的。從自動化控制的角度來減小或合理補(bǔ)償轉(zhuǎn)臺傾覆力矩的影響。提高比例系數(shù)P值，但是這可能會導(dǎo)致整個控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定?？s短采樣周期T，但是從數(shù)控系統(tǒng)精度以及系統(tǒng)成本方面考慮，采樣周期T又不宜取得過短。
[0012](3)增大轉(zhuǎn)軸驅(qū)動電機(jī)的扭矩的方法。這種設(shè)計措施會增加機(jī)床成本，同時也增加了機(jī)床運行的耗能，造成不必要的浪費。這種設(shè)計措施會增加機(jī)床成本，同時也增加了機(jī)床運行的耗能，既不經(jīng)濟(jì)也不環(huán)保。
[0013](4)通過機(jī)械裝置補(bǔ)償傾覆力矩。采用機(jī)械裝置平衡轉(zhuǎn)臺傾覆力矩的實例，目前均處于實驗室研究階段，只是提出了相應(yīng)的原理及相關(guān)試驗手段。
[0014]綜上所述，上述方法減小或合理補(bǔ)償轉(zhuǎn)臺傾覆力矩的影響均不實用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是不改變機(jī)床轉(zhuǎn)臺的尺寸參數(shù)，避免不必要的設(shè)計風(fēng)險；另外不對控制系統(tǒng)參數(shù)提出較高要求，預(yù)留大部分的自動化調(diào)試精度貯備；轉(zhuǎn)臺對力矩電機(jī)的扭矩要求不高，避免不必要的浪費，提供一種結(jié)構(gòu)簡單且易于實現(xiàn)，可以實現(xiàn)對搖籃式五軸機(jī)床雙擺角轉(zhuǎn)臺的傾覆力矩的補(bǔ)償，有助于轉(zhuǎn)臺的高精度平穩(wěn)運行，同時使得機(jī)床可以選擇扭矩相對較小的驅(qū)動電機(jī)，降低電機(jī)的成本和功耗，減小發(fā)熱和熱變形，從而使機(jī)床的成本得以降低，并提高加工精度，通過雙液壓缸配重的機(jī)械平衡機(jī)構(gòu)，減小或合理補(bǔ)償轉(zhuǎn)臺傾覆力矩的影響，提高機(jī)床的加工精度，并可以降低成本。
[0016]早期的A-C轉(zhuǎn)臺模塊采用伺服電機(jī)加蝸桿渦輪傳動副驅(qū)動，其缺點是體積大，電主軸和轉(zhuǎn)臺之間的干涉位置多，導(dǎo)致可用旋轉(zhuǎn)半徑小，工件裝夾和機(jī)床操作不便。目前最新的A-B軸轉(zhuǎn)臺，創(chuàng)新點集中體現(xiàn)在提高動態(tài)性能，增加可用回轉(zhuǎn)半徑和操作方便等方面，較新穎的雙轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)有“搖籃式”和“臺中臺”兩種。本發(fā)明設(shè)計適用于大中型規(guī)格的“搖籃式” A-B軸電轉(zhuǎn)臺。目前的數(shù)控五軸聯(lián)動機(jī)床主要形式為XYZ三直線軸機(jī)床結(jié)合二軸數(shù)控轉(zhuǎn)臺，而二軸數(shù)控轉(zhuǎn)臺尺寸規(guī)格以中小型為主。本發(fā)明通過雙液壓缸配重的機(jī)械平衡機(jī)構(gòu)，減小或合理補(bǔ)償轉(zhuǎn)臺傾覆力矩的影響，特別適用于自主研發(fā)的大中型二軸數(shù)控轉(zhuǎn)臺，可提高此類機(jī)床的加工精度，并可以降低成本。
[0017]轉(zhuǎn)臺傾覆力矩:在搖籃式五軸聯(lián)動機(jī)床中，當(dāng)轉(zhuǎn)臺繞擺動軸A軸旋轉(zhuǎn)傾斜時，由于重力的作用會產(chǎn)生傾覆力矩，旋轉(zhuǎn)角度越接近于±90°，產(chǎn)生的傾覆力矩越大。
[0018]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種雙液壓缸配重的兩軸電轉(zhuǎn)臺機(jī)構(gòu)補(bǔ)償傾覆力矩的方法，通過雙液壓缸配重的機(jī)械平衡機(jī)構(gòu)，減小或合理補(bǔ)償轉(zhuǎn)臺傾覆力矩的影響，機(jī)械平衡機(jī)構(gòu)包括平衡油缸I和平衡油缸II，其中平衡油缸I和平衡油缸II的一端通過端面球軸承固定在產(chǎn)生傾覆力矩的轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)軸A軸的下方，當(dāng)轉(zhuǎn)臺繞旋轉(zhuǎn)軸A軸轉(zhuǎn)動時，平衡油缸I和平衡油缸II油缸缸體跟隨轉(zhuǎn)臺的擺動而繞油缸耳環(huán)旋轉(zhuǎn)，液壓控制系統(tǒng)調(diào)整平衡油缸I和平衡油缸II的壓力，從而實現(xiàn)對轉(zhuǎn)臺傾覆力矩的補(bǔ)償。
[0019]上述方案中，所述平衡油缸I和平衡油缸II的壓力通過液壓控制系統(tǒng)調(diào)整并保持恒定的P值，以使轉(zhuǎn)臺始終受到一個恒定向上的平衡分力F。
[0020]上述方案中，轉(zhuǎn)臺運動中，轉(zhuǎn)臺的重心G點、旋轉(zhuǎn)軸A軸軸心、端面球軸承鉸接位置點始終在一條直線上，
[0021]上述方案中，轉(zhuǎn)臺運動中，重心G的力臂為h，平衡油缸I和平衡油缸II的一端通過端面球軸承固定在產(chǎn)生傾覆力矩的轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)軸A軸的下方，力臂為1，轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)角度為Θ，重心G產(chǎn)生的傾覆力矩為Ghsin0，平衡油缸I和平衡油缸II通過端面球軸承作用在A軸上一個與重心傾覆力矩相反方向的補(bǔ)償力矩2Flsin Θ，傾覆力矩與補(bǔ)償力矩的大小，均隨轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)角度Θ的正弦值變化。
[0022]上述方案中，所述補(bǔ)償力矩與傾覆力矩相等時2Flsin Θ = Ghsin Θ，即F =Gh/21，能夠?qū)崿F(xiàn)對轉(zhuǎn)臺傾覆力矩的完全補(bǔ)償，其中平衡分力F值能夠通過液壓控制系統(tǒng)調(diào)整平衡油缸I和平衡油缸II的壓力實現(xiàn)。
[0023]上述方案中，液壓控制系統(tǒng)中CNC數(shù)控系統(tǒng)模擬量輸出，經(jīng)過放大器處理輸送到二位二通電磁閥，從而控制蓄能器以一定壓力將液壓油輸入平衡油缸I和平衡油缸II，在二位二通電磁閥與平衡油缸I和平衡油缸II之間放置壓力開關(guān)及電接點壓力表，將實際壓力轉(zhuǎn)換成電信號，并反饋回壓力開關(guān)，與CNC數(shù)控系統(tǒng)輸出信號比較后，將差值作用于壓力開關(guān)，調(diào)整輸送給二位二通電磁閥的指令信號，二位二通電磁閥通過蓄能器自動調(diào)整控制量，以消除差值，從而控制整個系統(tǒng)的壓力，保證平衡油缸I和平衡油缸II缸內(nèi)的壓力恒定。
[0024]本發(fā)明還提供一種雙液壓缸配重的兩軸電轉(zhuǎn)臺機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)臺本體下部設(shè)有平衡油缸I和平衡油缸II，平衡油缸I和平衡油缸II的一端通過端面球軸承固定在旋轉(zhuǎn)軸A軸的下方，平衡油缸I和平衡油缸II的另一端通過油缸耳環(huán)固定在床身上，平衡油缸I和平衡油缸II的壓力通過液壓控制系統(tǒng)控制，所述轉(zhuǎn)臺本體上還設(shè)有滑動油封。
[0025]上述方案中，所述平衡油缸I和平衡油缸II設(shè)有進(jìn)油孔和出油孔，進(jìn)油孔和出油孔連通液壓控制系統(tǒng)。
[0026]上述方案中，所述平衡油缸I和平衡油缸II對稱設(shè)置。
[0027]本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下:提供一種雙液壓缸配重的兩軸電轉(zhuǎn)臺機(jī)構(gòu)及其補(bǔ)償傾覆力矩的方法，不改變機(jī)床轉(zhuǎn)臺的尺寸參數(shù)，避免不必要的設(shè)計風(fēng)險；另外不對控制系統(tǒng)參數(shù)提出較高要求，預(yù)留大部分的自動化調(diào)試精度貯備；轉(zhuǎn)臺對力矩電機(jī)的扭矩要求不高，避免不必要的浪費，提供一種結(jié)構(gòu)簡單且易于實現(xiàn)，可以實現(xiàn)對搖籃式五軸機(jī)床雙擺角轉(zhuǎn)臺的傾覆力矩的補(bǔ)償，有助于轉(zhuǎn)臺的高精度平穩(wěn)運行，同時使得機(jī)床可以選擇扭矩相對較小的驅(qū)動電機(jī)，降低電機(jī)的成本和功耗，減小發(fā)熱和熱變形，從而使機(jī)床的成本得以降低，并提高加工精度，通過雙液壓缸配重的機(jī)械平衡機(jī)構(gòu)，減小或合理補(bǔ)償轉(zhuǎn)臺傾覆力矩的影響，提高機(jī)床的加工精度，并可以降低成本。
【附圖說明】
[0028]圖1為現(xiàn)有技術(shù)轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖2為圖1的側(cè)視圖。
[0030]圖3為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。