一种龙门机床横梁液压平衡机构及配置方法与流程

本发明涉及数控机床，具体为一种龙门机床横梁液压平衡机构及配置方法。

背景技术：

1、龙门机床横梁为大质量升降部件，沿立柱上下运动时自重全部作用于丝杠或齿条等驱动传动副，易使传动件偏载磨损、定位精度下降。

2、一些技术方案中采用蓄能器和油缸配合的方式对横梁举升以抵消横梁自重，但是常规液压平衡回路仅由液压泵直接补油，蓄能、限压、锁止结构不完善，横梁升降换向及横梁载荷变化时，油缸的有杆腔油液瞬时增减，系统缺乏有效缓冲与流量补偿，易产生压力冲击与波动，影响横梁运动的平稳性；停机时若无限位锁止，蓄能高压油可能倒灌或泄压，导致横梁下沉。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种龙门机床横梁液压平衡机构及配置方法，以解决现有技术中的上述不足之处。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种龙门机床横梁液压平衡机构，包括立柱以及能沿所述立柱做升降运动的横梁，还包括：

3、平衡执行组件，其一端与所述立柱连接，另一端与所述横梁连接；

4、液压供给回路，与所述平衡执行组件串联，所述液压供给回路被配置为向所述平衡执行组件供给压力油，使平衡执行组件对所述横梁施加与自重方向相反的举升平衡力，以抵消所述横梁70%-90%的自重载荷；

5、蓄能缓冲组件，并联接入所述平衡执行组件的压力油腔，用于在横梁升降换向时吸收流量冲击、平抑系统压力波动，并补偿液压供给回路的内泄漏；

6、压力监测组件，其连接于液压供给回路中，用于实时监测回路压力，并在回路压力跌落至设定低点时触发补压动作，在压力升至设定高点时停止补压；

7、锁止保压组件，其串联于所述液压供给回路中，被配置为在停机状态下关闭，防止所述蓄能缓冲组件的高压油倒灌。

8、优选的，所述平衡执行组件包括两组单作用液压缸，两组所述单作用液压缸关于所述横梁长度方向的中心线对称布置；所述单作用液压缸的缸体与所述立柱固定连接，活塞杆端通过挠性铰接结构与所述横梁连接。

9、优选的，所述单作用液压缸的有杆腔作为所述压力油腔，两组所述单作用液压缸的有杆腔并联接入同一液压供给回路，以对横梁长度方向两侧施加对称的举升平衡力。

10、优选的，所述液压供给回路包括：

11、油箱，用于储存系统液压油；

12、液压泵组件，包括电机和由所述电机驱动的变量液压泵，所述变量液压泵从所述油箱吸油并输出压力油；

13、供油管路，依次串联有吸油过滤器、所述变量液压泵、单向阀，所述单向阀下游的供油管路分支为两路，分别连接两组所述平衡执行组件的有杆腔；

14、安全阀组，并联于所述变量液压泵的输出端，用于限定系统最高工作压力，当系统压力达到设定最高值时所述变量液压泵进入压力切断状态，当系统压力超过设定最高值时开启溢流，以降低系统压力。

15、优选的，所述蓄能缓冲组件包括至少两只蓄能器，所述蓄能器以并联方式通过球阀接入所述球阀下游的供油管路支管上，以实现与所述平衡执行组件的有杆腔连通；

16、响应于所述横梁向下运动时，所述平衡执行组件的有杆腔排出高压油，一部分进入所述蓄能器储存能量，多余油量经溢流阀限压溢流回油箱；

17、响应于所述横梁向上运动时，所述蓄能器释放储存的高压油供给有杆腔，所述蓄能器在平抑升降换向流量脉动的同时为系统提供冗余缓冲能力。

18、优选的，所述压力监测组件包括压力继电器一，其设置于所述锁止保压组件与所述蓄能缓冲组件之间的供油管路上；所述设定低点与所述设定高点构成一个滞回区间；

19、当回路压力升高至所述设定高点时，所述压力监测组件发出停止信号以切断电机电源，使变量液压泵停止工作，此时依靠蓄能缓冲组件储存的高压油维持平衡回路压力；

20、当回路压力因横梁运动及内泄漏跌落至所述设定低点时，所述压力监测组件发出启动信号以重新启动变量液压泵进行补压，使回路压力回升至所述设定高点。

21、优选的，所述锁止保压组件包括至少一组液控单向阀，所述液控单向阀串联于所述液压供给回路中、位于所述液压泵组件与所述蓄能缓冲组件之间的供油管路上；

22、当所述电机停机时，所述液控单向阀关闭，隔绝所述蓄能缓冲组件中的高压油倒灌回所述变量液压泵，同时锁闭所述平衡执行组件内的油液，维持所述横梁在停机时的保压位置。

23、优选的，所述液压供给回路还包括冷却器和冷却器旁通阀组，所述冷却器设置于回油管路中，用于对系统回油进行强制冷却；所述冷却器旁通阀组并联于所述冷却器两端，当系统油温低于设定值时所述旁通阀组开启使回油绕过冷却器，当系统油温高于设定值时所述旁通阀组关闭使回油经过冷却器。

24、优选的，所述挠性铰接结构为柱销铰接机构，所述柱销铰接机构通过柱销轴线允许的微小偏转补偿装配同轴度误差和横梁受力形变产生的角度偏差，从而消除活塞杆承受的径向侧向力。

25、一种龙门机床横梁液压平衡机构的配置方法，包括以下步骤：

26、s1、确定设计输入参数:获取横梁或滑枕的移动部件总重量g、升降驱动方向、最大升降行程l以及单作用液压缸的布置数量和对称布置方式；

27、s2、计算单只单作用液压缸的负载力:根据布置数量将移动部件总重量分配至每只单作用液压缸，确定单只单作用液压缸所需承受的最大负载力fmax；

28、s3、确定系统最高工作压力:根据fmax和预设的液压缸缸径参数，通过公式pmax=fmax/s计算系统最高工作压力，其中s为活塞有效作用面积；

29、s4、确定单作用液压缸结构参数:根据系统最高工作压力不超过预设压力上限的约束条件，确定活塞直径d和活塞杆直径d，使液压缸在满足负载力的前提下工作压力处于7-10mpa的合理区间；

30、s5、计算单作用液压缸容积:通过公式δv=2π×[(d-d)/2]2×l计算单只单作用液压缸的行程容积变化量，其中l为最大升降行程；

31、s6、确定蓄能器容积:根据单作用液压缸容积δv和系统工作压力波动范围，通过蓄能器容积计算软件或经验公式确定蓄能器的单只容积和并联数量，使蓄能器总容积满足横梁升降全行程的流量补偿需求和冗余备份要求。

32、在上述技术方案中，本发明的有益效果是：

33、1、本发明两只蓄能器并联接入有杆腔供油母管，下行时回收排油储能、上行时放油补流，平抑换向流量脉动与压力尖峰；配合压力继电器高低点滞回控制变量泵启停，蓄能器保压期间泵可停机，减少连续补油发热与能耗；溢流阀与变量泵压力切断双重限压，防止下行峰值过压；多余油经溢流回箱，吸收冲击，避免横梁升降压力大幅波动。

34、2、本发明液控单向阀串接于泵与蓄能器之间，停机时锁闭有杆腔并隔离蓄能高压油，防止倒灌、泄压及横梁下沉；双蓄能器可单独隔离，单只故障仍保留冗余容积；回油侧冷却器与旁通组控制油温，结合标准油箱、过滤器、球阀等元件，降低装配调试与后期维护难度。

35、3、本发明双侧单作用液压缸关于横梁中心线对称布置，活塞杆经挠性铰接与横梁连接，可补偿装配同轴度误差及切削载荷下的微变形角偏差，使活塞杆主要承受轴向举升力而不受径向侧向力，从而降低导向套、密封件磨损及漏油风险。

36、应当理解，前面的一般描述和以下详细描述都仅是示例性和说明性的，而不是用于限制本公开。

37、本技术文件提供本公开中描述的技术的各种实现或示例的概述，并不是所公开技术的全部范围或所有特征的全面公开。