一种纯氮气驱动平衡系统
技术领域
本实用新型涉及一种主轴平衡系统，特别是一种纯氮气驱动平衡系统。
背景技术
数控加工中心的Z轴组件（主轴组件）主要包括主轴和控制该主轴旋转的电机，数控加工中心通过升降驱动机构对该主轴组件进行支承并加以升降驱动。这种升降驱动机构通常为滚珠丝杠传动副和电动马达的结构而成，由于主轴组件重量较大，升降驱动机构带动主轴组件上升降时负荷很大，对升降驱动机构造成磨损，甚至影响其精度。为此，主轴组件一般通过气动平衡气缸和空气压缩机的结合进行配重，具有反应速度快、瞬间反应阻抗最小等优势，但是由于空气不稳定，以致气动平衡气缸的行程误差较大，而且，这样的系统成本较高。
为了克服上述问题，设计出所谓的氮气驱动平衡系统，其包括压力容器瓶，压力容器瓶内充注有氮气和油，氮气位于油的上方，以通过充注一定压力的氮气使油具有相应的压力；氮气瓶内设有油管，油管一端伸入压力容器瓶的瓶底内，油管另一端伸出压力容器瓶外，并与平衡气缸的内腔连通。因此，其实际是通过油压来驱动平衡气缸，而且，由于油中时常会混合有氮气，以致其压力不稳定，所以平衡气缸的行程和其活塞杆的支撑作用力不稳定。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种结构简单、合理，材料成本及维护成本低、安全可靠、控制精度高的纯氮气驱动平衡系统，以克服现有技术的不足。
本实用新型的目的是这样实现的：
一种纯氮气驱动平衡系统，包括气动平衡缸，气动平衡缸包括缸体、活塞和活塞杆，缸体内设有腔室，活塞滑动设置在腔室内，活塞杆一端伸入腔室内与活塞连接，活塞杆另一端伸出缸体外，其特征在于：所述气动平衡缸的腔室与氮气瓶内部连通，氮气瓶内充注有纯氮气。氮气，化学式为N2，通常状况下是一种无色无味的气体，而且一般氮气比空气密度小。氮气的化学性质不活泼，常温下很难跟其他物质发生反应，不易腐蚀缸体。高纯度氮气因为无氧、不含水分和不含油，热膨胀系数很低，不会因为气动平衡缸运动时发热而导致气压突然改变。
本实用新型的目的还可以采用以下技术措施解决：
作为更具体的方案，所述氮气瓶的瓶口上设有阀座，阀座内设有通道，阀座一侧设有瓶塞，瓶塞与瓶口密封连接，通道通过瓶塞与氮气瓶内部连通；阀座内的通道包括进气通道、出气通道、气瓶通道、气压检测通道、泄压通道和排气通道，气瓶通道分别与其他通道连通，气瓶通道一端通向阀座，气瓶通道另一端通向瓶塞外端面，进气通道、出气通道、气压检测通道、泄压通道和排气通道分别通向阀座外周面；所述阀座上设有排气阀，排气阀用于调节排气通道的排气量。
作为进一步的方案，所述氮气瓶设有一个，氮气瓶内仅充注有一定压力的纯氮气；所述出气通道通过开关与所述气动平衡缸的腔室连通；所述泄压通道外连接有安全阀，所述气压检测通道外连接有气压表。
作为进一步的方案，所述氮气瓶设有两个以上，各个氮气瓶内仅充注有一定压力的纯氮气，各个氮气瓶上分别设有阀座，两个阀座之间通过气管串联，气管一端与一个阀座的出气通道连通，气管另一端与另一个阀座的进气通道连通；其中一个阀座的出气通道通过开关与所述气动平衡缸的腔室连通。
作为进一步的方案，所述气动平衡缸设有两个，两个气动平衡缸分别为拉力气动平衡缸和推力气动平衡缸，拉力气动平衡缸的活塞杆向下伸出，推力气动平衡缸的活塞杆向上伸出，拉力气动平衡缸的腔室和推力气动平衡缸的腔室连通后与所述开关连接。
作为进一步的方案，至少一个阀座的泄压通道外连接有安全阀，至少一个阀座的气压检测通道外连接有气压表。气压表可便于及时留意氮气瓶内氮气气压，如果低了，则需要加气，如果气压过高，则打开排气阀排气。
作为进一步的方案，所述气瓶通道包括气瓶主通道和气瓶次通道，气瓶主通道直径大于气瓶次通道，气瓶主通道与进气通道、出气通道、气压检测通道和泄压通道连通，气瓶次通道与排气通道连通。排气通过的打开一般是氮气瓶内压力过大时，通过小量排气达到调节压力的目的，所以，气瓶次通道的直径不宜太大。
作为进一步的方案，所述排气通道包括第一排气通道和第二排气通道，排气阀设置在第一排气通道和第二排气通道之间。
作为进一步的方案，所述排气阀包括调节螺丝、弹簧、阀芯和安装孔，安装孔设置在阀座内，安装孔将第一排气通道和第二排气通道连通，阀芯设置在安装孔内、并位于第一排气通道与安装孔连通的端口上，调节螺丝与安装孔螺纹连接，弹簧压接在阀芯与调节螺丝之间。通过旋转调节螺丝，可以改变阀芯作用在第一排气通道的作用力，当氮气瓶内气压大于阀芯压力时，即可排气；或者，当排气阀完全打开时，直接排气。另外，由于氮气瓶倒置，所以，一旦氮气瓶内有水，亦能通过排气通道排出，以确保氮气处于干燥状态。
作为进一步的方案，所述出气通道包括第一出气通道和第二出气通道。如果第一出气通道和第二出气通道空出时，则需要封堵。同样，气瓶通道以外的其它通道如果空出时，也需要用封堵。
本实用新型的有益效果如下：
（1）此款纯氮气驱动平衡系统的氮气瓶内没有油，直接通过纯氮气驱动气动平衡缸，由于纯氮气稳定（气体压力、体积不易变化），所以给气动平衡缸提供稳定的压力，使其行程精准；
（2）此款纯氮气驱动平衡系统的氮气瓶成本低，安装方便，而且，后期维护一般只是充气，其充气成本很低，并且可以自行操作，因此，维护成本低；
（3）此款纯氮气驱动平衡系统的阀座连接有安全阀、排气阀和气压表，一方面可以通过气压表检测氮气压力，另一方面，可以通过排气阀控制排气，以免氮气瓶内压力过高，再一方面是当氮气瓶内部压力超出设定范围时，安全阀自动打开泄压，避免因压力过高而发生的爆炸事故；
（4）此款纯氮气驱动平衡系统采用双氮气瓶供气和储气，其容量更大，但高度仍然可以控制在较低的高度位置，避免使用大容量瓶时，瓶身过高的问题发生；
（5）此款纯氮气驱动平衡系统设有拉力气动平衡缸和推力气动平衡缸，使得主轴物件配重平衡度更高。
附图说明
图1为本实用新型一实施例气路原理结构示意图。
图2为图1中A处放大结构示意图。
图3为本实用新型中阀座的主视结构示意图。
图4为图3的B-B剖视结构示意图。
图5为本实用新型中阀座的俯视结构示意图。
图6为本实用新型中阀座的仰视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述。
参见图1至图6所示，一种纯氮气驱动平衡系统，包括气动平衡缸，气动平衡缸包括缸体、活塞和活塞杆，缸体内设有腔室，活塞滑动设置在腔室内，活塞杆一端伸入腔室内与活塞连接，活塞杆另一端伸出缸体外，所述腔室通过开关6（开关可以是手动开关，也可以是电动开关）与氮气瓶1连通。
所述氮气瓶1的瓶口11上设有阀座2，阀座2内设有通道，阀座2一侧设有瓶塞21，瓶塞21与瓶口11密封连接，通道通过瓶塞21与氮气瓶1内部连通；阀座2内的通道包括进气通道26、出气通道、气瓶通道、气压检测通道25、泄压通道24和排气通道，气瓶通道分别与其他通道连通，气瓶通道一端通向阀座2，气瓶通道另一端通向瓶塞21外端面，进气通道26、出气通道、气压检测通道25、泄压通道24和排气通道分别通向阀座2外周面；所述阀座2上设有排气阀3，排气阀3用于调节排气通道的排气量。所述阀座2俯视呈方形，其转角处设有贯穿其上下两侧的连接孔27，阀座2一侧的中心处设有凸台22，瓶塞21设置在凸台22中心，瓶塞21呈锥状，瓶塞21与瓶口11内壁螺纹配合。所述凸台22表面对应瓶塞21外围设有环形凹槽221，环形凹槽221内设有密封圈10，密封圈10与瓶口11外端面密封配合。
所述进气通道26内设有几个分流孔261，从进气通道26进入其它通道的氮气被分流孔261分散，避免对与其它通道连接的零部件造成冲击，更加安全。
所述气瓶通道包括气瓶主通道211和气瓶次通道213，气瓶主通道211直径大于气瓶次通道213，气瓶主通道211与进气通道26、出气通道、气压检测通道25和泄压通道24连通，气瓶次通道213与排气通道连通。
所述排气通道包括第一排气通道23和第二排气通道28，排气阀3设置在第一排气通道23和第二排气通道28之间。本实施例中第一排气通道23呈L形，而且，第一排气通道23位于阀座2内部，故此需要工艺孔29将第一排气通道23的两段通道连通，工艺孔通向阀座2外周面，工艺孔29外端通过塞头封堵。
所述排气阀3包括调节螺丝31、弹簧32、阀芯33和安装孔，安装孔设置在阀座2内，安装孔将第一排气通道23和第二排气通道28连通，阀芯33设置在安装孔内、并位于第一排气通道23与安装孔连通的端口上，调节螺丝31与安装孔螺纹连接，弹簧32压接在阀芯33与调节螺丝31之间。
所述出气通道包括第一出气通道210和第二出气通道212。
所述氮气瓶1设有两个，各个氮气瓶1内充注有一定压力的干燥纯氮气，各个氮气瓶1上分别设有阀座2，两个阀座2之间通过气管串联，气管一端与一个阀座2的第一出气通道210连通，气管另一端与另一个阀座2的进气通道26连通。
所述另一个阀座2的第一出气通道210通过所述开关6与所述气动平衡缸的腔室连通，所述另一个阀座2的第二出气通道212封堵住（如有其它使用需要，可以将塞头取出）。
所述一个阀座2的进气通道26和第二出气通道212分别封堵住。上述氮气瓶1倒置，即瓶口11向下放置。
上述两个阀座2的泄压通道24外连接有安全阀5，两个阀座2的气压检测通道25外连接有气压表4。
所述气动平衡缸设有两个，两个气动平衡缸分别为拉力气动平衡缸8和推力气动平衡缸9，拉力气动平衡缸8的活塞杆向下伸出，推力气动平衡缸9的活塞杆向上伸出，拉力气动平衡缸8的腔室和推力气动平衡缸9的腔室连通。其中，拉力气动平衡缸8包括第一缸体85、第一活塞84、第一活塞杆81，第一缸体85内设有第一腔室83，第一活塞84上下滑动设置在第一腔室83内，第一活塞84外周与第一腔室83内壁密封配合，第一缸体85上设有与第一腔室83连通的第一气口82，第一活塞杆81上端伸入第一腔室83内与第一活塞84连接，第一活塞杆81下端伸出第一缸体85底部外。推力气动平衡缸9包括第二缸体95、第二活塞94、第二活塞杆91，第二缸体95内设有第二腔室93，第二活塞94上下滑动设置在第二腔室93内，第二活塞94外周与第二腔室93内壁密封配合，第二缸体95上设有与第二腔室93连通的第二气口92，第二活塞杆91下端伸入第二腔室93内与第二活塞94连接，第二活塞杆91上端伸出第二缸体95顶部外。所述第一活塞杆81和第二活塞杆91分别用于与主轴组件（图中未示出）相接。所述第一气口82和所述第二气口92均通过所述开关6连接。
其工作原理是：根据主轴组件重量、气动平衡缸的活塞杆行程等参数调节氮气瓶1内氮气压力。所述氮气瓶1与拉力气动平衡缸8和推力气动平衡缸9连接前，先将开关6关闭，当连接以后，打开开关6，氮气瓶1内纯氮气的部分压力释放到第一腔室83和第二腔室93内。
由于第一活塞杆81和第二活塞杆91在纯氮气作用下，具有向上运动的趋势，所以能够克服主轴组件的重力，减少控制主轴组件升降的升降驱动机构的负载，使得控制主轴组件上升更轻松，且主轴组件的运行更精准、顺畅和高效；当主轴组件下降时，由于第一腔室83和第二腔室93内的氮气给予主轴组件缓冲力，避免主轴组件因重力作用加重升降驱动机构的负载，同时，主轴组件下降过程中，第一腔室83和第二腔室93内的氮气往氮气瓶1内释放，氮气瓶1内压力再次增加，如此循环。由于采用干燥的纯氮气（没有夹杂油），而且，氮气属于稳定气体，不易泄漏，所以，使得纯氮气驱动平衡系统的使用寿命更长，且工作可靠。
