一种用于液体静压支承的抗扰动节流器及液体静压导轨

摘要

本发明公开了一种用于液体静压支承的抗扰动节流器及液体静压导轨，以解决现有小孔节流液体静压导轨的支承油膜抗扰动能力弱、振动量较大而导致液体静压导轨运动精度较低的问题。抗扰动节流器包括第一通油部件和第二通油部件；第一通油部件设置有第一过油通道；第二通油部件设置有第二过油通道，第二通油部件设置有第一环形沟槽和第二环形沟槽，第一环形沟槽和第二环形沟槽内分别设置有第一弹性阻尼件和第二弹性阻尼件，第二通油部件通过第一弹性阻尼件与第一通油部件抵接；其中，第一过油通道、第二过油通道中至少一者的通径为亚毫米级。本发明能够自动稳定节流器两侧的润滑油压强，提高液体静压导轨的抗扰动能力，进而保证液体静压导轨的运动精度。

说明书

技术领域

本发明涉及流体静压支承领域，具体涉及一种用于液体静压支承的抗扰动节流器及液体静压导轨。

背景技术

液体静压导轨通过供油设备向移动副间隙供给一定压强的润滑油，形成的支承油膜将相对运动部件完全分离，进而实现载荷的液体悬浮支承及直线运动的导向。液体静压导轨具有阻力小、磨损低、刚度高、承载力大、寿命长以及亚微米级高运动精度等优点，常作为超精密车床、超精密磨床和超精密飞切机床等超精密机床的直线运动轴使用，是实现超精密加工中刀具和零件相对运动的核心功能部件之一。

供油设备供给润滑油的压强由于液压泵自身结构及液压管道、蓄能器、溢流阀等器件的影响产生扰动，支承油膜的支承力随之发生变化，引起液体静压导轨振动，导致运动精度降低。此外，液体静压导轨在超精密机床加工过程中还将受到动态切削力、环境振动、不平衡质量惯性力、油膜周围气压波动和电机偏心电磁力等外界扰动的直接或间接作用而产生振动，同样会导致支承油膜压强的扰动，降低导轨运动精度。液体静压导轨油膜压强扰动引起的振动将导致超精密机床刀具和零件的相对运动偏离预定轨迹，产生动态误差，降低超精密机床的加工精度。因此，抑制支承油膜压强扰动、降低液体静压导轨振动对于提高超精密机床加工精度具有重要意义。

液体静压导轨通过供油设备供给的高压润滑油进行支承和润滑，对支承油膜液体压强进行调节的节流器是液体静压导轨形成承载力和刚度的关键环节，主要包括小孔、毛细管、缝隙等节流方式。小孔节流通过润滑油流经薄壁小孔时产生的局部阻力损失来调节润滑油压强，具有承载力和刚度较大，以及节流器结构简单、易于制造等优点，是超精密机床液体静压导轨的常用节流方式之一。小孔节流器的流程较短，润滑油流经小孔时几乎没有粘性摩阻消耗，因此传统小孔节流器的动态性能较差，抑制液体静压导轨支承油膜压强扰动的能力较弱，限制了超精密机床加工精度的进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于液体静压支承的抗扰动节流器及液体静压导轨，解决现有小孔节流液体静压导轨抗扰动能力弱、振动量较大而导致液体静压导轨运动精度较低的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一方面，本发明提供一种用于液体静压支承的抗扰动节流器，其包括：

第一通油部件，所述第一通油部件设置有第一过油通道；

第二通油部件，所述第二通油部件设置有与所述第一过油通道连通的第二过油通道，在所述第二过油通道的延伸方向上，所述第二通油部件的前后两端分别设置有第一环形沟槽和第二环形沟槽，所述第一环形沟槽和第二环形沟槽内分别设置有第一弹性阻尼件和第二弹性阻尼件，所述第二通油部件通过第一弹性阻尼件与所述第一通油部件抵接；

其中，所述第一过油通道、第二过油通道中至少一者的通径为亚毫米级。

在一些可能的实施例中，所述第二通油部件的外周面设置有第三环形沟槽，所述第三环形沟槽内设置有第三弹性阻尼件，所述第三弹性阻尼件沿所述第二通油部件的周向紧包覆于第二通油部件，第三弹性阻尼件位于第一弹性阻尼件和第二弹性阻尼件之间。

在一些可能的实施例中，所述第一弹性阻尼件、第二弹性阻尼件以及第三弹性阻尼件分别被配置为具有一定刚度和阻尼的粘弹性体。

在一些可能的实施例中，所述第一通油部件被配置为锥台回转体，且所述第一通油部件的侧壁设置有锥螺纹。

另一方面，本发明提供一种液体静压导轨，其包括导轨固定组件、滑块以及上述任一种用于液体静压支承的抗扰动节流器；

所述导轨固定组件上设置有第一导槽、第二导槽；

所述滑块一侧位于所述第一导槽内且另一侧位于所述第二导槽内；所述滑块分别与第一导槽的槽壁、第二导槽的槽壁之间具有间隙，所述滑块上还设置有若干出油腔以在具有供油的条件下使所述间隙内形成油膜，每个出油腔通过进油通道与供油通道连通，所述进油通道内构造有与所述抗扰动节流器形状适配的安装腔；

所述抗扰动节流器密封设置于安装腔中。

在一些可能的实施例中，还包括与所述滑块连接的工作台，所述工作台内设置有通油孔，所述通油孔一端与所述供油通道连通，另一端用于连接供油设备。

在一些可能的实施例中，所述滑块上分别设置有第一回油槽，所述导轨固定组件上设置有与所述第一回油槽连通的第二回油槽，所述第二回油槽用于与供油设备连通。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明提供的一种用于液体静压支承的抗扰动节流器，当油压发生变化时，润滑油作用于第二通油部件迫使第一弹性阻尼件、第二弹性阻尼件发生形变，从而消耗因油压变化导致的润滑油对第二通油部件的冲击能量，继而保证从抗扰动节流器中流出的润滑油油压稳定。

2、本发明提供的一种用于液体静压支承的抗扰动节流器，仅通过机械结构基于油压的变化而被动的控制油压，无需额外的闭环控制系统，结构简单，成本较低，易于制造和集成。

3、本发明提供的一种液体静压导轨，将上述的抗扰动节流器设置于滑块的进油通道中时，相当于串联了一个油压低通滤波器，只传递润滑油的固定静压，消耗润滑油扰动动压，进而可以降低导轨振动，提高导轨运动精度。

4、本发明提供的一种液体静压导轨，将上述的抗扰动节流器设置于滑块的进油通道中时可以增加液体静压导轨的阻尼，能够更加快速地消耗外界扰动的直接或间接作用产生的振动，提高液体静压导轨的动态特性，有利于超精密机床加工精度的进一步提升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的实施方式。

图1为本发明抗扰动液体静压导轨的剖面结构示意图；

图2为本发明抗扰动液体静压导轨的俯视图；

图3为本发明滑块的剖面结构示意图；

图4为本发明滑块的轴测结构示意图；

图5为本发明第一抗扰动节流器及其安装孔的剖面结构示意图；

图6为本发明第二抗扰动节流器及其安装孔的剖面结构示意图；

图7为本发明第三抗扰动节流器及其安装孔的剖面结构示意图；

图8为本发明第四抗扰动节流器及其安装孔的剖面结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-底座，2-侧导轨条，3-上导轨条，4-工作台，5-滑块，6-第一抗扰动节流器，7-第二抗扰动节流器，8-第三抗扰动节流器，9-第四抗扰动节流器，11-底座周回油槽，12-支承凸台，13-底座纵回油槽，14-腰型回油孔，15-水平回油孔，41-工作台进油孔，42-工作台纵通油孔，43-工作台横通油孔，44-工作台竖通油孔，51-滑块竖进油孔，52-上油腔进油孔，53-上油腔，54-上封油边，55-侧油腔进油孔，56-侧油腔，57-侧封油边，58-下油腔进油孔，59-下油腔，510-下封油边，511-滑块回油槽，61-第一锥螺纹塞，62-第一过流柱，63-第一径向粘弹性环，64-第一轴向粘弹性环，71-第二锥螺纹塞，72-第二过流注，91-第二径向粘弹性环，92-第二轴向粘弹性环。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例

如图1～图8所示，一方面，在本发明提供一种用于液体静压支承的抗扰动节流器的一个实施例中，该抗扰动节流器包括第一通油部件和第二通油部件；第一通油部件设置有第一过油通道；第二通油部件设置有与第一过油通道连通的第二过油通道，在第二过油通道的延伸方向上，第二通油部件的前后两端分别设置有第一环形沟槽和第二环形沟槽，第一环形沟槽和第二环形沟槽内分别设置有第一弹性阻尼件和第二弹性阻尼件，第二通油部件通过第一弹性阻尼件与第一通油部件抵接；其中，第一过油通道、第二过油通道中至少一者的通径为亚毫米级。

具体而言，请参阅图5～图8，分别示出了四种不同的抗扰动节流器及其安装结构的剖面结构图；其中图5和图8示出了第一抗扰动节流器6和第四抗扰动节流器9，两者中的第一过油通道的通径均为亚毫米级，图6示出了第二抗扰动节流器7，其第二过油通道的通径为亚毫米级，图7示出了第三抗扰动节流器8，其第一过油通道、第二过油通道的通径均为亚毫米级。以图5为例进行说明，第一通油部件和第二通油部件分别用于设置在液体静压导轨的进油通道中，第一通油部件和第二通油部件分别与进油通道的内壁密封连接以使润滑油仅从第一过油通道、第二过油通道中通过；第二通油部件为阶梯圆柱形，第一环形沟槽和第二环形沟槽分别设置在第二通油部件较大圆柱段的上下两个端面上；当第一通油部件和第二通油部件被安装在进油通道中时，进油通道中设置有与第二通油部件形状适配的阶梯孔，第一通油部件抵接在第一弹性阻尼件上，第二弹性阻尼件抵接在进油通道的阶梯孔较大孔段的孔底面上。

当抗扰动节流器进油口的润滑油油压发生变化时或抗扰动节流器出油口的润滑油油压发生变化时，由于第一过油通道和/或第二过油通道的通径被制造成亚毫米级，油压变化一侧的润滑油并不会第一时间大量通过第一过油通道或第二过油通道以释放压力，而是会对第二通油部件整体造成一定的冲击，表现为方向从油压变化一侧到另一侧的压力变化，第二通油部件作为压力变化的传递部件将其传递给第一弹性阻尼件或第二弹性阻尼件，第一弹性阻尼件或第二弹性阻尼件可以通过自身的变形来消耗所述压力变化产生的能量，从而使得润滑油油压变化得到释放，继而能够大幅衰减润滑油的油压波动。

需要说明的是，本发明实施例提供的用于液体静压支承的抗扰动节流器不仅适用于液体静压导轨的应用场合，还可以适用于液体静压主轴、液体静压转台等其他液体静压支承的应用场合。

需要说明的是，本实施例中所述的亚毫米级是指第一过油通道、第二过油通道中的其中一者或两者的通径为0.1～1mm，优选的通径为0.2～0.5mm。

可理解的是，由于第二通油部件需要产生微小的位移，本实施例中的第二通油部件与进油通道内壁之间的密封应设置为活动密封。

可理解的是，无论第二通油部件的结构、形状、尺寸如何，第一弹性阻尼件、第二弹性阻尼件的抗变形能力都应小于第二通油部件的抗变形能力，以在第二通油部件自身产生形变之前通过第一弹性阻尼件、第二弹性阻尼件的形变来消耗润滑油油压变化对第二通油部件的冲击能量。

在一些可能的实施例中，第二通油部件的外周面设置有第三环形沟槽，第三环形沟槽内设置有第三弹性阻尼件，第三弹性阻尼件沿第二通油部件的周向紧包覆于第二通油部件，第三弹性阻尼件位于第一弹性阻尼件和第二弹性阻尼件之间。

前述提到，高压润滑油对于第二通油部件的压力方向主要沿第二过油通道的延伸方向；但是，由于液体粘性，其与第二通油部件的表面会产生方向与所述表面平行的牵引力致使第二通油部件可能会抵接在进油通道的内壁上，这将使第二通油部件与所述过油通道之间产生较大的摩擦力，不利于第二通油部件沿第二过油通道的延伸方向运动；设置第三弹性阻尼件后，通过第三弹性阻尼件的形变能够起到卸载所述牵引力的作用，这将有利于第二通油部件沿第二过油通道的延伸方向运动，进而利于缓解润滑油的油压变化。

在一些可能的实施例中，第一弹性阻尼件、第二弹性阻尼件以及第三弹性阻尼件分别被配置为粘弹性环。

粘弹性材料兼具粘性和弹性两种特性，如此设置，当第二通油部件在油压扰动作用下向任意方向运动的过程中，将使第一弹性阻尼件、第二弹性阻尼件以及第三弹性阻尼件产生粘弹性形变消耗润滑油油压扰动对第二通油部件的振动能量。

由于第二过油通道的开设，在第二通油部件突然承受较大冲击时可能出现应力集中导致第二过油通道附近出现形变，故在一些可能的实施例中，在第二过油通道的延伸方向上，第二通油部件中部的厚度大于两侧的厚度且第二过油通道位于中部。

在一些可能的实施例中，第一通油部件被配置为锥台回转体，且第一通油部件的侧壁设置有锥螺纹。

采用锥螺纹的方式与进油通道进行配合，锥螺纹本身便具有较好的密封性能，从而能够免于第一通油部件与进油通道之间的密封操作。

如图1～图4所示，另一方面，在本发明提供一种液体静压导轨的一个实施例中，该液体静压导轨包括导轨固定组件、滑块5以及上述实施例中任一种用于液体静压支承的抗扰动节流器；导轨固定组件上设置有第一导槽、第二导槽；滑块5一侧位于第一导槽内且另一侧位于第二导槽内；滑块5分别与第一导槽的槽壁、第二导槽的槽壁之间具有间隙，滑块5内还设置有若干出油腔以在具有供油的条件下使间隙内形成油膜，每个出油腔通过进油通道与供油通道连通，进油通道内构造有与抗扰动节流器形状适配的安装腔；抗扰动节流器密封设置于安装腔中。

在一些可能的实施例中，该液体静压导轨还包括与滑块5连接的工作台4，工作台4内设置有通油孔，通油孔一端与供油通道连通，另一端用于连接供油设备。

具体而言，导轨固定组件包括底座1、侧导轨条2和上导轨条3；底座1上间隔设置有两个高度相同的支承凸台12，两根侧导轨条2通过螺钉分别固定安装在两个支承凸台12上，两根侧导轨条2平行设置，两根上导轨条3通过螺钉分别固定安装在两根侧导轨条2上，两根上导轨条3平行设置，底座1、侧导轨条2以及上导轨条3组成抗扰动液体静压导轨的固定组件，其中，一侧的支承凸台12、侧导轨条2以及上导轨条3形成第一导槽，另一侧的支承凸台12、侧导轨条2以及上导轨条3形成第二导槽，第一导槽和第二导槽的槽口相对。滑块5的相对两侧分别设置在第一导槽、第二导槽内，工作台4下表面左右对称设置两个支腿，并通过螺钉固定在滑块5上表面，工作台4以及滑块5组成液体静压导轨的运动部分。

滑块5的高度尺寸比侧导轨条2的高度稍小微米级，以在滑块5上表面与上导轨条3下表面之间以及滑块5下表面与支承凸台12上表面之间分别形成上支承油膜间隙和下支承油膜间隙，滑块5宽度尺寸比两根侧导轨条2内侧面之间的装配距离稍小微米级，以在滑块5左、右侧面分别与两根侧导轨条2内侧面之间形成侧支承油膜间隙。工作台4和滑块5内设置有相互连接的流道，用于向上支承油膜间隙、下支承油膜间隙和侧支承油膜间隙供给静压润滑油，滑块5内流道中安装的抗扰动节流器可根据外部载荷变化自动调节油膜间隙内的润滑油压强，形成具有一定承载力和刚度的上支承油膜、下支承油膜和侧支承油膜，从而将滑块5悬浮起来，并在悬浮滑块5之后限制滑块5上、下和左、右方向的运动。

需要说明的是，本实施例中所述的微米级是指1μm～99μm，优选的滑块5高度尺寸和宽度分别比侧导轨条2高度和两根侧导轨条2内侧面之间的装配距离小30μm～60μm。滑块5上表面前后、左右对称设置四个上油腔53及上封油边54，上油腔53内设置有与之连通的上油腔进油孔52；滑块5下表面前后、左右对称设置四个下油腔59及下封油边510，下油腔59内设置有与之连通的下油腔进油孔58；滑块5侧表面前后、左右对称设置四个侧油腔56及侧封油边57，侧油腔56内设置有与之连通的侧油腔进油孔55。上油腔进油孔52和下油腔进油孔58同轴，并与侧油腔进油孔55连通，侧油腔进油孔55与滑块5同工作台4支腿接触的表面上设置的滑块竖进油孔51连通，滑块竖进油孔51的孔口处设置有安装密封圈的沟槽，滑块竖进油孔51、上油腔进油孔52、下油腔进油孔58以及侧油腔进油孔55共同形成进油通道。工作台4支腿下表面在与四个滑块竖进油孔51对应位置处设置有四个工作台竖通油孔44，四个工作台竖通油孔44分别与四个工作台横通油孔43连通，左右两组工作台横通油孔43分别与工作台4内左右对称设置的两个工作台纵通油孔42连通，两个工作台纵通油孔42与工作台进油孔41连通。工作台进油孔41、工作台纵通油孔42和工作台横通油孔43的孔口处设置有用于安装密封堵头或者管接头的锥螺纹孔，工作台进油孔41、工作台纵通油孔42和工作台横通油孔43共同形成供油通道。

上油腔进油孔52、下油腔进油孔58和侧油腔进油孔55的孔口处被构造成用于安装抗扰动节流器的安装腔，该安装腔通过设置组合阶梯孔形成，组合阶梯孔由锥螺纹孔和阶梯光孔组成。第一抗扰动节流器6的第一通油部件被配置成第一锥螺纹塞61，第一抗扰动节流器6的第二通油部件被配置成第一过流柱62，第一过流柱62为内部设有孔径为毫米级通油孔的T型阶梯圆柱结构，其中通油孔的下端直径设置为亚毫米级，第一轴向粘弹性环64设置在第一过流柱62较大端的上下端面，第一过流柱62的周面上还设置有第一径向粘弹性环63；粘弹性环具有一定的刚度和阻尼，紧配合在阶梯光孔内，第一径向粘弹性环63对润滑油具有密封作用，确保具有一定压强的液体只从第一过流柱62的通油孔流过；第一锥螺纹塞61大端设置有内六角孔。

需要说明的是，本实施例中所述的毫米级通油孔的通径为1～9mm，优选的毫米级通油孔的通径为5～8mm。本实施例中，上支承油膜的供油路径为：工作台进油孔41→工作台纵通油孔42→工作台横通油孔43→工作台竖通油孔44→滑块竖进油孔51→侧油腔进油孔55→上油腔进油孔52→第一抗扰动节流器6→上油腔53→上支承油膜。

下支承油膜的供油路径为：工作台进油孔41→工作台纵通油孔42→工作台横通油孔43→工作台竖通油孔44→滑块竖进油孔51→侧油腔进油孔55→下油腔进油孔58→第一抗扰动节流器6→下油腔59→下支承油膜。

侧支承油膜的供油路径为：工作台进油孔41→工作台纵通油孔42→工作台横通油孔43→工作台竖通油孔44→滑块竖进油孔51→侧油腔进油孔55→侧油腔56→侧支承油膜。

在一些可能的实施例中，滑块5上设置有第一回油槽，导轨固定组件上设置有与第一回油槽连通的第二回油槽，第二回油槽用于与供油设备连通。

具体而言，滑块5在各封油边之间及外侧设置有滑块回油槽511以作为第一回油槽，在支承凸台12的内侧和外侧分别设置有底座纵回油槽13和底座周回油槽11以作为第二回油槽，底座周回油槽11内设置有与之连通的腰型回油孔14，腰型回油孔14的对应位置处设置有与之连通的水平回油孔15。上支承油膜、下支承油膜和侧支承油膜流出的润滑油经滑块回油槽511流入底座周回油槽11或底座纵回油槽13后，再依次经腰型回油孔14和水平回油孔15及液压管路流回供油设备中。

需要说明的是，本实施例中的第一抗扰动节流器6可以被替换为第二抗扰动节流器7，第二抗扰动节流器7与第一抗扰动节流器6的区别在于第二抗扰动节流器7中设置第二锥螺纹塞71以及第二过流柱，且第二锥螺纹塞71中设置亚毫米级节流小孔，而在第二过流柱中不设置亚毫米级节流小孔。

本实施例中的第一抗扰动节流器6还可被替换为第三抗扰动节流器8，第三抗扰动节流器8与第一抗扰动节流器6的区别在于将第一锥螺纹塞61替换为第二锥螺纹塞71，第二锥螺纹塞71内设置亚毫米级节流小孔，其和第一过流柱62形成串联复合节流，可允许增大节流小孔的直径，降低加工难度。

本实施例中的第一抗扰动节流器6还可被替换为第四抗扰动节流器9，第四抗扰动节流器9与第一抗扰动节流器6的区别在于将第一轴向粘弹性环64、第一径向粘弹性环63分别替换为第二轴向粘弹性环92、第二径向粘弹性环91，第二轴向粘弹性环92、第二径向粘弹性环91的截面形状均为矩形，以确保第二轴向粘弹性环92、第二径向粘弹性环91在较小的压迫下依然能够与第二锥螺纹塞71、进油通道之间具有较大的接触面积，保证良好的密封性能。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。