一种双液压缸配重的两轴电转台机构及其补偿倾覆力矩的方法技术

本发明专利技术提供了一种双液压缸配重的两轴电转台机构及其补偿倾覆力矩的方法，通过双液压缸配重的机械平衡机构，减小或合理补偿转台倾覆力矩的影响，机械平衡机构包括平衡油缸I和平衡油缸II,其中平衡油缸I和平衡油缸II的一端固定在产生倾覆力矩的转台的旋转轴A轴的下方,当转台绕旋转轴A轴转动时，平衡油缸I和平衡油缸II油缸缸体跟随转台的摆动而绕油缸耳环旋转,液压控制系统调整平衡油缸I和平衡油缸II的压力，从而实现对转台倾覆力矩的补偿，提供一种结构简单且易于实现，有助于转台的高精度平稳运行，同时使得机床可以选择扭矩相对较小的驱动电机，降低电机的成本和功耗，减小发热和热变形，提高机床的加工精度，并可以降低成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种双液压缸配重的两轴电转台机构及其补偿倾覆力矩的方法。
技术介绍
两轴电转台，是五轴联动加工设备的首选布局部件，但摆动轴的倾覆力矩，是影响两轴电转台实现高加速度、高刚性平稳加工的主要原因。由于转台的结构设计问题(加工平面低，钢铁材料本身自重)，当转台保持水平静止时，转台的重心通常在A轴正下方(如图1和图2所示)；当转台绕A轴旋转时，在转台自身重力作用下将产生倾覆力矩T。摇篮式转台的摆动部分在耳轴下方，装夹工件时，要求工件与摇篮的合成重心与转台的旋转轴线(A轴)大体重合，可以减少回转所需的扭矩。目前，转台倾覆力矩对机床加工的影响，发生在下面的工况中：当机床正常工作，需要转台绕A轴旋转并维持倾斜一定角度以加工工件时，由于倾覆力矩的作用，电机提供的力矩不足以固定转台，转台会慢慢沿力矩方向旋转，当所转角度超过A轴跟踪误差时，数控系统会纠正转台的角度误差，将转台重新定位，转到所需角度误差范围内。所以，当需要长时间倾斜转台加工时，转台会不断的重复上述过程，对加工精度造成影响。(1)转台绕A轴旋转运动，加工工件时M电机＝M倾覆+M加工+M旋转(2)转台绕A轴维持倾斜一定角度,加工工件时M电机＝M倾覆+M加工其中，M电机、M倾覆为固定值，M倾覆的值越大，分配给M加工、M旋转的力矩值越小，对转台的定位和加工越不利。本专利技术通过双液压缸配重的机械平衡机构，减小或合理补偿转台倾覆力矩的影响，提高此类机床的加工精度，并可以降低成本。目前，专门针对转台倾覆力矩方面的研究目前比较少，多数是从自动化控制的角度来研究，而从机械结构角度来补偿倾覆力矩的研究，还尚未见到。减小或合理补偿转台倾覆力矩的影响目前可以通过以下途径解决：(1)提高转台高度的方法。减小转台重心与传动轴A轴之间的距离，减小转台在偏转时自身重力的作用力臂，从而减小转台的倾覆力矩。由于机床整体空间有限，转台高度提高后，机床加工刀具的活动空间会随之变小，给加工带来极大的不便，而且当工件的质量较大、中心较高时，又会产生反向的倾覆力矩。更为严重的是，加大了刀具与加工工件及夹具相撞的风险。若发生这种情况，损失是很大的，不但容易损坏设备，严重时还会危害人身安全，所以这种办法一般不可行。(2)调整控制系统参数的方法。提高比例系数P值，以减小跟踪误差。缩短采样周期T，同样可以达到提高系统精度的目的。从自动化控制的角度来减小或合理补偿转台倾覆力矩的影响。提高比例系数P值，但是这可能会导致整个控制系统的不稳定。缩短采样周期T，但是从数控系统精度以及系统成本方面考虑，采样周期T又不宜取得过短。(3)增大转轴驱动电机的扭矩的方法。这种设计措施会增加机床成本，同时也增加了机床运行的耗能，造成不必要的浪费。这种设计措施会增加机床成本，同时也增加了机床运行的耗能，既不经济也不环保。(4)通过机械装置补偿倾覆力矩。采用机械装置平衡转台倾覆力矩的实例，目前均处于实验室研究阶段，只是提出了相应的原理及相关试验手段。综上所述，上述方法减小或合理补偿转台倾覆力矩的影响均不实用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是不改变机床转台的尺寸参数，避免不必要的设计风险；另外不对控制系统参数提出较高要求，预留大部分的自动化调试精度贮备；转台对力矩电机的扭矩要求不高，避免不必要的浪费，提供一种结构简单且易于实现，可以实现对摇篮式五轴机床双摆角转台的倾覆力矩的补偿，有助于转台的高精度平稳运行，同时使得机床可以选择扭矩相对较小的驱动电机，降低电机的成本和功耗，减小发热和热变形，从而使机床的成本得以降低，并提高加工精度，通过双液压缸配重的机械平衡机构，减小或合理补偿转台倾覆力矩的影响，提高机床的加工精度，并可以降低成本。早期的A-C转台模块采用伺服电机加蜗杆涡轮传动副驱动，其缺点是体积大，电主轴和转台之间的干涉位置多，导致可用旋转半径小，工件装夹和机床操作不便。目前最新的A-B轴转台，创新点集中体现在提高动态性能，增加可用回转半径和操作方便等方面，较新颖的双转台结构有“摇篮式”和“台中台”两种。本专利技术设计适用于大中型规格的“摇篮式”A-B轴电转台。目前的数控五轴联动机床主要形式为XYZ三直线轴机床结合二轴数控转台，而二轴数控转台尺寸规格以中小型为主。本专利技术通过双液压缸配重的机械平衡机构，减小或合理补偿转台倾覆力矩的影响，特别适用于自主研发的大中型二轴数控转台，可提高此类机床的加工精度，并可以降低成本。转台倾覆力矩：在摇篮式五轴联动机床中，当转台绕摆动轴A轴旋转倾斜时，由于重力的作用会产生倾覆力矩，旋转角度越接近于±90°，产生的倾覆力矩越大。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种双液压缸配重的两轴电转台机构补偿倾覆力矩的方法，通过双液压缸配重的机械平衡机构，减小或合理补偿转台倾覆力矩的影响，机械平衡机构包括平衡油缸I和平衡油缸II,其中平衡油缸I和平衡油缸II的一端通过端面球轴承固定在产生倾覆力矩的转台的旋转轴A轴的下方,当转台绕旋转轴A轴转动时，平衡油缸I和平衡油缸II油缸缸体跟随转台的摆动而绕油缸耳环旋转,液压控制系统调整平衡油缸I和平衡油缸II的压力，从而实现对转台倾覆力矩的补偿。上述方案中，所述平衡油缸I和平衡油缸II的压力通过液压控制系统调整并保持恒定的P值，以使转台始终受到一个恒定向上的平衡分力F。上述方案中，转台运动中，转台的重心G点、旋转轴A轴轴心、端面球轴承铰接位置点始终在一条直线上，上述方案中，转台运动中，重心G的力臂为h，平衡油缸I和平衡油缸II的一端通过端面球轴承固定在产生倾覆力矩的转台的旋转轴A轴的下方，力臂为l，转台的旋转角度为θ，重心G产生的倾覆力矩为Ghsinθ，平衡油缸I和平衡油缸II通过端面球轴承作用在A轴上一个与重心倾覆力矩相反方向的补偿力矩2Flsinθ，倾覆力矩与补偿力矩的大小，均随转台旋转角度θ的正弦值变化。上述方案中，所述补偿力矩与倾覆力矩相等时2Flsinθ＝Ghsinθ，即F＝Gh/2l，能够实现对转台倾覆力矩的完全补偿，其中平衡分力F值能够通过液压控制系统调整平衡油缸I和平衡油缸II的压力实现。上述方案中，液压控制系统中CNC数控系统模拟量输出，经过放大器处理输送到二位二通电磁阀，从而控制蓄能器以一定压力将液压油输入平衡油缸I和平衡油缸II，在二位二通电磁阀与平衡油缸I和平衡油缸II之间放置压力开关及电接点压力表，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双液压缸配重的两轴电转台机构补偿倾覆力矩的方法，其特征在于，通过双液压缸配重的机械平衡机构，减小或合理补偿转台倾覆力矩的影响，机械平衡机构包括平衡油缸I和平衡油缸II,其中平衡油缸I和平衡油缸II的一端通过端面球轴承固定在产生倾覆力矩的转台的旋转轴A轴的下方,当转台绕旋转轴A轴转动时，平衡油缸I和平衡油缸II油缸缸体跟随转台的摆动而绕油缸耳环旋转,液压控制系统调整平衡油缸I和平衡油缸II的压力，从而实现对转台倾覆力矩的合理补偿。

【技术特征摘要】
1.一种双液压缸配重的两轴电转台机构补偿倾覆力矩的方法，其特征在
于，通过双液压缸配重的机械平衡机构，减小或合理补偿转台倾覆力矩的影
响，机械平衡机构包括平衡油缸I和平衡油缸II,其中平衡油缸I和平衡油缸
II的一端通过端面球轴承固定在产生倾覆力矩的转台的旋转轴A轴的下方,
当转台绕旋转轴A轴转动时，平衡油缸I和平衡油缸II油缸缸体跟随转台的
摆动而绕油缸耳环旋转,液压控制系统调整平衡油缸I和平衡油缸II的压力，
从而实现对转台倾覆力矩的合理补偿。
2.如权利要求1所述的一种双液压缸配重的两轴电转台机构补偿倾覆
力矩的方法，其特征在于，所述平衡油缸I和平衡油缸II的压力通过液压控
制系统调整并保持恒定的P值，以使转台始终受到一个恒定向上的平衡分力
F。
3.如权利要求1所述的一种双液压缸配重的两轴电转台机构补偿倾覆
力矩的方法，其特征在于，所述转台运动中，转台的重心G点、旋转轴A轴
轴心、端面球轴承铰接位置点始终在一条直线上。
4.如权利要求3所述的一种双液压缸配重的两轴电转台机构补偿倾覆
力矩的方法，其特征在于，所述转台运动中，重心G的力臂为h，平衡油缸
I和平衡油缸II的一端通过端面球轴承固定在产生倾覆力矩的转台的旋转轴
A轴的下方，力臂为l，转台的旋转角度为θ，重心G产生的倾覆力矩为Ghsin

\tθ，平衡油缸I和平衡油缸II通过端面球轴承作用在A轴上一个与重心倾覆
力矩相反方向的补偿力矩2Flsinθ，倾覆力矩与补偿力矩的大小，均随转台
旋转角度θ的正弦值变化。
5.如权利要求4所述的一种双液压缸配重的两轴电转台机构补偿倾覆
...

【专利技术属性】
技术研发人员：索奇，李云飞，郭力鹏，魏宁，
申请(专利权)人：北京工研精机股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11