華小龍，郭旭紅，潘賢兵

(蘇州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇蘇州215000)

在大型落地鏜銑床中，由于滑枕自身的重力及外加載荷的作用，在移動(dòng)導(dǎo)軌面上會(huì)產(chǎn)生非常大的比壓，而且在其不斷的伸出和縮回過程中，其作用力不可能均勻的分布在導(dǎo)軌面上，某些局部作用力會(huì)特別大，如果使用滑動(dòng)導(dǎo)軌或者滾動(dòng)導(dǎo)軌，會(huì)產(chǎn)生以下幾種不良后果:(1)滑枕低速移動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，影響機(jī)床的運(yùn)行;(2)導(dǎo)軌面磨損比較大，直接影響加工精度;(3)滑枕和導(dǎo)軌面相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量熱，而且不易排出，間接地縮短了機(jī)床的使用壽命，而液體靜壓導(dǎo)軌則不存在這方面，它在兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌面間通入壓力油 (壓力油須從運(yùn)動(dòng)件小孔進(jìn)入導(dǎo)軌各個(gè)油腔，每個(gè)油腔起液壓支承作用)，使運(yùn)動(dòng)件浮起，工作過程中油腔壓力隨外載荷變化而變化，以保證導(dǎo)軌面間處于液體摩擦狀態(tài)下工作。導(dǎo)軌面之間的油膜很薄，具有良好的潤(rùn)滑性和吸振性，導(dǎo)軌長(zhǎng)期使用無磨損，工作運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。同時(shí)它的壽命比滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌高許多倍。基于上述原因，在大型落地鏜銑床運(yùn)動(dòng)部件中普遍采用液體靜壓導(dǎo)軌來保證機(jī)床的正常工作［1］。

1 靜壓導(dǎo)軌的分類及特點(diǎn)

圖1 滑枕靜壓導(dǎo)軌

根據(jù)受載情況不同靜壓導(dǎo)軌可分為開式靜壓導(dǎo)軌和閉式靜壓導(dǎo)軌兩大類。開式靜壓導(dǎo)軌僅在一個(gè)方向上開有承載油腔，基本上只承載一個(gè)方向上的載荷;而閉式靜壓導(dǎo)軌在上下左右導(dǎo)軌面上都開有承載油腔，能夠承載各個(gè)方向的載荷，且能承受較大的傾覆力矩，滑枕在進(jìn)行加工時(shí)，受到來自不同方向的切削力，故采用閉式靜壓導(dǎo)軌，結(jié)構(gòu)如圖1 所示［2］。

供油方式的不同，可以分為恒壓式和恒流式，恒壓式靜壓導(dǎo)軌依靠固定或可變節(jié)流器以及負(fù)載的作用使導(dǎo)軌受力平衡;恒流式靜壓導(dǎo)軌通過油泵直接連接或者連接調(diào)流閥保持流量，當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，支承間隙減小，液阻增大，油腔壓力升高［3］。

節(jié)流器常用的有毛細(xì)管、薄壁小孔、環(huán)形縫隙(滑閥)、圓臺(tái)縫隙 (薄膜節(jié)流)等，毛細(xì)管是依靠油液通過細(xì)長(zhǎng)孔或微小縫隙時(shí)的摩擦阻力而產(chǎn)生壓力降，薄膜反饋節(jié)流器是靠上，下壓差使薄膜發(fā)生彈性變形，從而改變節(jié)流間隙，促使油腔壓力增減，起反饋?zhàn)饔?，滑閥反饋節(jié)流器是上下壓差改變滑閥的節(jié)流長(zhǎng)度，促使油腔壓力增減，起反饋?zhàn)饔?。小孔則是利用油液通過薄壁小孔時(shí)的局部阻力而產(chǎn)生壓降［4］。

根據(jù)油腔結(jié)構(gòu)形式的不同可以分為很多類，其中最常用的時(shí)口字型油腔和工字型油腔，如圖2所示，口字型油腔在無油時(shí)只靠周圍的封油邊承載，單位接觸面積上的壓力大，容易在突發(fā)事故中造成磨損，但在導(dǎo)軌未浮起前開始供油時(shí)，油壓的作用面積大而具有較大的初始推力。工字型油腔的情況則正好相反，比壓小而初始推力也?。?］。

圖2 油腔結(jié)構(gòu)形式

圖3 油腔布置形式

2 滑枕靜壓導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)

滑枕被主軸箱“包圍”，其四周通滿油液，油泵c啟動(dòng)后，油液通過濾油器b吸入，用溢流閥f調(diào)節(jié)油泵的出油壓力，再經(jīng)過精濾油器到分流塊，經(jīng)分流塊后可得到固定的供油壓力，再經(jīng)過節(jié)流器得到最終的油腔壓力，油液經(jīng)過油腔后直接從導(dǎo)軌間隙向外流出，回到油箱a，左右兩腔的壓力相互抵消掉，而下油腔壓力則需承載上油腔壓力以及滑枕的自重，滑枕與主軸箱之間形成一定的導(dǎo)軌間隙。

考慮到滑枕自身質(zhì)量比較大，浮起前需要比較大的力，故采用口字型油腔，靜壓導(dǎo)軌采用相同壓力供油，用毛細(xì)管節(jié)流器，通過采用不同的長(zhǎng)度來得到不同節(jié)流比β來保證各油腔內(nèi)部的壓力不同，而且滑枕是鑄件，其內(nèi)部載荷分布不均，而且加上附件后，更加明顯，另外在它伸出和縮回時(shí)，其重心變化明顯，所以下表面導(dǎo)軌采用8個(gè)油腔，提高受載能力，上表面導(dǎo)軌4個(gè)，左右兩邊各4個(gè)，一共20個(gè)油腔，如圖3所示。

靜壓導(dǎo)軌的參數(shù)主要有油腔壓力p，油膜厚度h，油腔流量Q，油膜剛度J等，以上表面油腔1為例:

油腔1流量Q1:

油腔1節(jié)流器液阻R1:

上表面導(dǎo)軌的總壓力W1:

下表面導(dǎo)軌的總壓力W2:

垂直方向的平衡式:

靜剛度:

式中:p為每個(gè)油腔的壓力，N/m2;

L，l，B，b為每個(gè)油腔尺寸，m(如表1所示);

Q為每個(gè)油腔靜壓油流量，m3/s;

h為初始油膜厚度，m;

Δh為油膜厚度變化量，m;

pr為供油壓力，N/m2;

W滑為滑枕自重，N;

圖4 油腔承載有效面積

表1 油腔尺寸 mm

表2 油腔壓力值 MPa

油膜厚度對(duì)油腔壓力和油膜剛度的影響非常大，為了達(dá)到足夠的剛度，油膜厚度應(yīng)盡量小，但受導(dǎo)軌制造精度等因素的限制，油膜厚度不能太小，否則會(huì)造成油膜厚度的過度不均勻。根據(jù)實(shí)際情況取h=0.03 mm，油膜厚度的變化量不超過h的1/3，表2中的油腔理論壓力值與實(shí)際測(cè)得的有一定誤差，主要是由于滑枕的分布載荷不一致所導(dǎo)致的，另外在靜壓導(dǎo)軌安裝之前，首先應(yīng)調(diào)平固定導(dǎo)軌在垂直面和水平面內(nèi)的直線度誤差為0.01 mm/1 000 mm，導(dǎo)向?qū)к夐_口寬度變化為0.006 mm/1 000 mm，由于靜壓導(dǎo)軌板封油邊的質(zhì)量是保證靜壓導(dǎo)軌穩(wěn)定工作的前提，封油邊與相配導(dǎo)軌接觸不好會(huì)影響靜壓導(dǎo)軌壓力的建立。在承載力未建立之前，應(yīng)在加工出靜壓油腔的導(dǎo)軌板上涂紅丹粉，并與相配導(dǎo)軌進(jìn)行接觸檢查，要求接觸面積在80%～85%之間。若靜壓導(dǎo)軌封油邊接觸得不好，可根據(jù)實(shí)際情況將靜壓導(dǎo)軌板拆下并對(duì)封油邊接觸平面進(jìn)行微量刮修［6］。

3 結(jié)論

通過應(yīng)用靜壓導(dǎo)軌技術(shù)，使大型落地鏜銑床的動(dòng)態(tài)特性好、抗振性強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)精度高，大大提高了工件的加工精度。但由于滑枕伸出的距離比較長(zhǎng)，油液如果暴露在空氣中極易受到污染，導(dǎo)致導(dǎo)軌表面造成損傷，所以應(yīng)在外部加層隔離罩，以保持油液的清潔度。上述表中計(jì)算出來的參數(shù)運(yùn)用到大型落地鏜銑床的調(diào)試中，其滑枕運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，加工出來的零件也達(dá)到了設(shè)計(jì)中所要求的范圍，但由于理論與實(shí)際的誤差，有些參數(shù)還尚待改進(jìn)。

［1］陳燕生.液體靜壓支撐原理和設(shè)計(jì)［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，1980.

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［3］陳貴強(qiáng).恒流閉式靜壓導(dǎo)軌在大規(guī)格磨齒機(jī)上的應(yīng)用［J］.裝配制造技術(shù)，2008(11):61 －63.

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