專利名稱：一種重力平衡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種對機(jī)床上高速上下運(yùn)動的部 件進(jìn)行重力平衡的裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知，機(jī)械加工時，機(jī)床上上下移動的部件都伴隨有一定的重力。而 多數(shù)的機(jī)床采用滾珠絲杠傳動，或者采用直線電機(jī)驅(qū)動，由于它們無自鎖功能， 當(dāng)控制系統(tǒng)失電時，上下運(yùn)動的部件會因重力而下滑，很容易造成事故。因此， 如果不對這些部件進(jìn)行重力平衡處理，就會直接影響它們運(yùn)動的平穩(wěn)性，進(jìn)而 影響到機(jī)床加工的精度。目前，較常用的重力平衡處理辦法是采用平衡塊進(jìn)行 配重平衡，也有采用液壓平衡或氣壓平衡的。但采用平衡塊進(jìn)行配重平衡的這 種機(jī)械平衡顯然占用的空間較大，平衡塊的增加也會增大機(jī)床的整體重量。又 由于上述上下運(yùn)動的部件與平衡塊之間的連接采用的是非剛性連接，故運(yùn)行時 平衡塊所產(chǎn)生的慣性沖擊亦同樣影響機(jī)床的精度，而且還使得運(yùn)動部件的速度 和加速度受到其限制；而液壓平衡的響應(yīng)速度較低，不能同步地平衡高速運(yùn)動 部件，且平衡精度較低；如果采用氣壓平衡，這種方法倒是可以使平衡的運(yùn)動 部件達(dá)到較高的速度，但卻仍然不能保持同步性與穩(wěn)定性，且使得機(jī)床的整體 體積變大。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有高速運(yùn)動部件的重力平衡技術(shù)的不 足，提出一種可用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)床的重力平衡裝置。這種裝置特別適用于直 線電機(jī)或滾珠絲杠驅(qū)動的高速運(yùn)行的部件的平衡，該裝置占用空間小，同步性 好，容易實施。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，所述重力平衡裝置，采用兩個反向安裝的平衡 氣缸對高速上下運(yùn)動的部件進(jìn)行同步平衡。下面結(jié)合附圖所示加以詳細(xì)說明。
本發(fā)明的一種重力平衡裝置，參見圖1，具有支架1，支架1上布置有一橫 梁狀連接件4。所述連接件4的上方一側(cè)接有第一氣缸2，該第一氣缸2的活塞 桿22外端安裝在支架1上沿；連接件4下方的支架1上設(shè)有一主軸箱3。其技術(shù)特點在于，所述連接在橫梁狀連接件4上方一側(cè)的第一氣缸2還連接有一第 二氣缸21。該第二氣缸21的活塞的截面積等同第一氣缸2的活塞的截面積；
第二氣缸21的活塞桿的截面積亦等同第一氣缸2的活塞桿的截面積。第二氣缸 21的缸體底座安裝在支架1上沿。所述第二氣缸21與第一氣缸2之間由第二 管道211和第三管道212管通連接。其中，第二管道211管接所述第二氣缸21 的有桿腔一端與第一氣缸2的無桿腔一端；第三管道212管接第二氣缸21的無 桿腔-端與第一氣缸2的有桿腔一端。由于氣缸工作過程中有氣體泄漏，為給 氣缸補(bǔ)充氣體，上述二氣缸還配置有至少二個氣閥即第一氣閥24和第二氣閥 214。其中，所述第一氣閥24通過第一管道23管接第一氣缸2的無桿腔一端或 第二氣缸21的有桿腔一端；所述第二氣閥214通過第四管道213管接第二氣缸 21的無桿腔-一端或第--氣缸2的有桿腔一端。
所述連接件4下方的支架1上設(shè)置的主軸箱3與橫梁狀連接件4的兩端連 接，其中一端與主軸箱3之間接有第一減速機(jī)構(gòu)31，另一端與主軸箱3之間接 有第二減速機(jī)構(gòu)32。所述第一減速機(jī)構(gòu)31的第一低速齒條導(dǎo)軌311與連接件4 垂直固接；第一減速機(jī)構(gòu)31的第一高速齒條導(dǎo)軌313與主軸箱3固接。第一低 速齒條導(dǎo)軌311通過第一齒輪312與第一高速齒條導(dǎo)軌313嚙合傳動連接；所 述第二減速機(jī)構(gòu)32的第二低速齒條導(dǎo)軌321與連接件4垂直固接；第二減速機(jī) 構(gòu)32的第二高速齒條導(dǎo)軌323與主軸箱3固接。第二低速齒條導(dǎo)軌321通過第 二齒輪322與第二高速齒條導(dǎo)軌323嚙合傳動連接。上述第一減速機(jī)構(gòu)31與第 二減速機(jī)構(gòu)32分別通過可在其上往復(fù)自由滑動的滑塊33如圖1所示裝置在支 架i上。
本發(fā)明的工作原理是:上述第二氣缸21的無桿腔一端內(nèi)的氣體通過第三管 道212與第一氣缸2的有桿腔一端內(nèi)的氣體相通，總?cè)莘e為V,，壓強(qiáng)為P,;第 二氣缸21的有桿腔一端內(nèi)的氣體通過第二管道211與第一氣缸2的無桿腔一端
內(nèi)的氣體相通，總?cè)莘e為V2，壓強(qiáng)為P2， P"J、于P2。第二氣缸21與第一氣缸
2的無桿腔活塞截面積為SP有桿腔活塞截面積為S2， S,大于S2。當(dāng)主軸箱3 上下高速運(yùn)動時，經(jīng)過第一減速機(jī)構(gòu)31和第二減速機(jī)構(gòu)32的減速處理，連接 件4低速同步地驅(qū)動第一氣缸2的缸體底座低速運(yùn)動。由于第一氣缸2與第二 氣缸21的氣體相互流通，第一氣缸2的有桿腔一端內(nèi)的氣體與第二氣缸21的無桿腔一端內(nèi)的氣體的總?cè)莘eV,基本保持不變，第一氣缸2的無桿腔一端內(nèi)的 氣體與第二氣缸21的有桿腔一端內(nèi)的氣體的總?cè)莘eV2也基本保持不變。則壓 強(qiáng)P,和壓強(qiáng)P2的大小基本保持不變。根據(jù) 第一氣缸2平衡公式
向上的平衡力F二 (氣缸壓強(qiáng)P2X無桿腔活塞截面積S,—?dú)飧讐簭?qiáng)P,X有
桿腔活塞截面積s2)
第二氣缸21平衡公式
氣缸壓強(qiáng)P, x無桿腔活塞截面積S,=氣缸壓強(qiáng)P, x有桿腔活塞截面積s2
即可得出這樣的結(jié)論平衡力基本保持不變。
由此進(jìn)而得出結(jié)論本發(fā)明可以使高速上下運(yùn)動的部件所產(chǎn)生的重力獲得平衡。
本發(fā)明的有益效果是
1) 、可將重力部件的高速上下運(yùn)動轉(zhuǎn)換為連接件的低速運(yùn)動；
2) 、使活塞面積與活塞桿截面積分別相同的兩個氣缸始終保持一定的 壓力差，從而可獲得對高速上下運(yùn)動的部件進(jìn)行重力平衡的效果；
3) 、同歩性好，且結(jié)構(gòu)簡單，易于實施。
圖l是本發(fā)明一個具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中標(biāo)示為 l一支架，
2- 一第一氣缸，
21— 第二氣缸，
211— 第二管道，
212— 第三管道，
213— 第四管道，
214— 第二氣閥，
22— 活塞桿，
23— 第一管道， 24—第-一氣閥，
3— 主軸箱，31— 一第一減速機(jī)構(gòu)，
311— 第一低速齒條導(dǎo)軌，
312— 第一齒輪，
313— 第一高速齒條導(dǎo)軌，
32— 第二減速機(jī)構(gòu)，
321— 第二低速齒條導(dǎo)軌，
322— 第二齒輪，
323— 第二高速齒條導(dǎo)軌，
33— 滑塊，
34— 高速驅(qū)動器， 4一連接件。 ■
具體實施例方式
參見附圖1，本發(fā)明該實施例的一種重力平衡裝置，采用鑄鐵材料鑄制成H 形狀的支架1。連接件4取材剛性良好的型鋼呈橫梁狀安裝于支架1的中央。連 接件4的一側(cè)固接第一氣缸2。第一氣缸2左側(cè)管接第二氣缸21。第二氣缸21 與第-一氣缸2的規(guī)格相同，故二者的活塞的截面積相同，二者的活塞桿的截面 積也相同，且二者平行反向安裝。第二氣缸21的缸體底座直接固接在支架1上； 第一氣缸2的活塞桿22外端安裝在支架1的上沿。第二氣缸21的無桿腔與第 一氣缸2的有桿腔之間由塑制第三管道212管通連接。第二氣缸21的有桿腔與 第 -氣缸2的無桿腔之間由塑制第二管道211管接。第二氣閥214與第一氣閥 24采用巿售普通單向閥，其中第二氣閥214通過塑制第四管道213管接第二氣 缸21的無桿腔。第一氣閥24通過塑制第四管道223管接第一氣缸2的無桿腔。 該第二氣閥214與第一氣閥24均可方便地接入外設(shè)氣壓系統(tǒng)以補(bǔ)充因泄漏而減 少的氣體。
主軸箱3由與其連接的第一減速機(jī)構(gòu)31與第二減速機(jī)構(gòu)32分別通過可在 其上往復(fù)自由滑動的鋼質(zhì)滑塊33如圖1所示裝置在連接件4下方的支架1上。 第一減速機(jī)構(gòu)31和第二減速機(jī)構(gòu)32分別安裝在主軸箱3的兩側(cè)。第一減速機(jī) 構(gòu)31的第一低速齒條導(dǎo)軌311與連接件4垂直固接，第一高速齒條導(dǎo)軌313 與主軸箱3固接，第一低速齒條導(dǎo)軌311與第一高速齒條導(dǎo)軌313之間用第一齒輪312嚙合傳動連接；第二減速機(jī)構(gòu)32的第二低速齒條導(dǎo)軌321與連接件4 垂直固接，第二高速齒條導(dǎo)軌323與主軸箱3固接，第二低速齒條導(dǎo)軌321與 第二高速齒條導(dǎo)軌323之間用第二齒輪322嚙合傳動連接。各齒條導(dǎo)軌分別在 滑塊33上滑動。主軸箱3的高速驅(qū)動器34采用市售直線電機(jī)或高速滾珠絲杠。
由此構(gòu)成的本實施例的重力平衡裝置的工作過程為，高速驅(qū)動器34驅(qū)動主 軸箱3高速向下/上往復(fù)運(yùn)動，帶動第一高速齒條導(dǎo)軌313和第二高速齒條導(dǎo)軌 323在滑塊33上高速向下/上往復(fù)運(yùn)動，經(jīng)過第一減速機(jī)構(gòu)31和第二減速機(jī)構(gòu) 32減速，使連接件4同歩驅(qū)動第一氣缸2中的缸體底座低速向上/下往復(fù)運(yùn)動。 第一氣缸2的有桿腔/無桿腔部分空間變大，則第一氣缸2中的無桿腔/有桿腔部 分氣體壓入第二氣缸21中的有桿腔/無桿腔部分空間。由于兩活塞相通部分的 氣體容積基本上不變，活塞所受的壓強(qiáng)P,、 P2基本不變，根據(jù)上述公式故可同 步平衡上下運(yùn)動的部件。
本發(fā)明的這種重力平衡裝置經(jīng)試制試用被證明效果顯著，完全達(dá)到設(shè)計要 求，且結(jié)構(gòu)簡單、容易實施。
權(quán)利要求
1、一種重力平衡裝置，具有支架(1)，支架(1)上布置有一橫梁狀連接件(4)，所述連接件(4)的上方一側(cè)接有第一氣缸(2)，該第一氣缸(2)的活塞桿(22)外端安裝在支架(1)上沿；連接件(4)下方的支架(1)上設(shè)有一主軸箱(3)，其特征在于，所述第一氣缸(2)還連接有一第二氣缸(21)，該第二氣缸(21)的活塞的截面積等同第一氣缸(2)的活塞的截面積；第二氣缸(21)的活塞桿的截面積亦等同第一氣缸(2)的活塞桿的截面積，第二氣缸(21)的缸體底座安裝在支架(1)上沿，所述第二氣缸(21)與第一氣缸(2)之間由第二管道(211)和第三管道(212)管通連接，其中，第二管道(211)管接所述第二氣缸(21)的有桿腔一端與第一氣缸(2)的無桿腔一端；第三管道(212)管接第二氣缸(21)的無桿腔一端與第一氣缸(2)的有桿腔一端，上述二氣缸還配置有第一氣閥(24)和第二氣閥(214)，其中，所述第一氣閥(24)通過第一管道(23)管接第一氣缸(2)的無桿腔一端或第二氣缸(21)的有桿腔一端；所述第二氣閥(214)通過第四管道(213)管接第二氣缸(21)的無桿腔一端或第一氣缸(2)的有桿腔一端，所述連接件(4)的一端與主軸箱(3)之間接有第一減速機(jī)構(gòu)(31)，另一端與主軸箱(3)之間接有第二減速機(jī)構(gòu)(32)，所述第一減速機(jī)構(gòu)(31)的第一低速齒條導(dǎo)軌(311)與連接件(4)垂直固接；第一高速齒條導(dǎo)軌(313)與主軸箱(3)固接，第一低速齒條導(dǎo)軌(311)通過第一齒輪(312)與第一高速齒條導(dǎo)軌(313)嚙合傳動連接；所述第二減速機(jī)構(gòu)(32)的第二低速齒條導(dǎo)軌(321)與連接件(4)垂直固接；第二高速齒條導(dǎo)軌(323)與主軸箱(3)固接，第二低速齒條導(dǎo)軌(321)通過第二齒輪(322)與第二高速齒條導(dǎo)軌(323)嚙合傳動連接，上述第一減速機(jī)構(gòu)(31)與第二減速機(jī)構(gòu)(32)分別通過可在其上往復(fù)自由滑動的滑塊(33)裝置在支架(1)上。
全文摘要
本發(fā)明介紹了一種重力平衡裝置，其支架(1)上連接件(4)的上方有第一氣缸(2)，下方有主軸箱(3)。第一氣缸(2)接有第二氣缸(21)并配有第一氣閥(24)和第二氣閥(214)。連接件(4)一端與主軸箱(3)之間接有第一減速機(jī)構(gòu)(31)，另一端與主軸箱(3)之間接有第二減速機(jī)構(gòu)(32)。該二減速機(jī)構(gòu)分別通過可在其上往復(fù)自由滑動的滑塊(33)裝置在支架(1)上。本裝置，1)可將重力部件的高速上下運(yùn)動轉(zhuǎn)換為連接件的低速運(yùn)動；2)使兩氣缸始終保持壓力差從而對高速上下運(yùn)動的部件進(jìn)行重力平衡；3)同步性好、結(jié)構(gòu)簡單，易于實施。
文檔編號F16F15/00GK101482159SQ200910042538
公開日2009年7月15日 申請日期2009年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月19日
發(fā)明者尹韶輝, 朱勇建, 天 胡, 范玉峰, 陳逢軍 申請人:湖南大學(xué)