嚴(yán)亞麗，李兆亮，辛建豪

（上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司，山東 青島 266555）

Junker磨床普遍應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸及凸輪軸的磨削。本文圍繞某發(fā)動(dòng)機(jī)工廠應(yīng)用JUCRANK磨削曲軸的實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)案例，通過分析2017年JUCRANK磨床磨削過程能力，發(fā)現(xiàn)該設(shè)備在整年的表現(xiàn)相當(dāng)出色，過程能力達(dá)標(biāo)指數(shù)達(dá)到98%，關(guān)鍵能力指數(shù)更是達(dá)到100%.

圖1展示了JUCRANK磨床結(jié)構(gòu)示意圖，由于其磨削精度達(dá)到微米級(jí)別，能有這樣的能力表現(xiàn)實(shí)屬讓人刮目相看，于是從機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)、液壓設(shè)計(jì)、冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面入手深入研究，最終得出使其設(shè)備可以達(dá)到微米加工精度的關(guān)鍵點(diǎn)在于液壓系統(tǒng)中使用到靜壓滑臺(tái)，其作用是使笨重的砂輪架在高速移動(dòng)過程中保持高精度，屬于該設(shè)備關(guān)鍵設(shè)計(jì)。靜壓滑臺(tái)中使用到的PM流量控制器更是重中之重。靜壓滑軌的在JUCRANK上面的成熟應(yīng)用提高了JUCRANK磨床的可靠性運(yùn)行[1]。

圖1 JUCRANK磨床結(jié)構(gòu)示意圖

1 靜壓滑軌的工作原理

由于靜壓滑軌承受載荷的要求不同，按滑軌結(jié)構(gòu)形式可將其分為開式和閉式兩大類。

開式靜壓滑軌是指滑軌只設(shè)置在床身的一個(gè)方向上，并在開式滑軌上開若干個(gè)油腔，不能限制工作臺(tái)從床身上分離的液壓滑軌。如圖2所示，液壓泵3輸出的壓力油經(jīng)過精過濾器5和節(jié)流閥6把壓力降為P0，進(jìn)入滑軌7的油腔。P0達(dá)到一定值，便把工作臺(tái)浮起一定高度h0，從而實(shí)現(xiàn)液體摩擦。油腔中的油經(jīng)過油控封油間隙h0流回油箱，壓力降為零。當(dāng)工作臺(tái)受到承載作用向下移動(dòng)一個(gè)距離e時(shí)，封油間隙減小為h使油腔回油阻力增大，油腔壓力升高，油腔的承載力同外載平衡。該承載力始終阻止工作臺(tái)向外載方向移動(dòng)，將工作臺(tái)的微小位移限制在一定的范圍內(nèi)。本文將以開式靜壓滑軌為例討論。

圖2 開式靜壓滑軌

閉式靜壓滑軌是指滑軌設(shè)置在床身的幾個(gè)方向上，并在閉式滑軌的各個(gè)方向的工作面上開若干個(gè)油腔，能限制工作臺(tái)從床身上分離的靜壓滑軌。如圖3所示，若工作臺(tái)不受載荷并且忽略工作臺(tái)自重，則液壓泵輸出的壓力油經(jīng)過精過濾器4，分別經(jīng)過節(jié)流閥5和6進(jìn)入滑軌上下油腔，壓力均勻P0，從而使工作臺(tái)浮起。當(dāng)工作臺(tái)受外載作用向下移動(dòng)一個(gè)距離時(shí)，上油腔封油間隙減小，壓力升高，下油腔封油間隙增大，壓力降低，這樣就形成一個(gè)向上的承載力與外載平衡。

圖3 閉式靜壓滑軌

2 靜壓滑軌靜壓油控制方式的選擇

不同供油方式帶來不同的油膜厚度及其剛度是不一樣的，由于JUCRANK磨床磨削工件的精度是微米級(jí)別，所以靜壓油的油膜厚度及其剛度尤其重要，如圖4所示，當(dāng)靜壓腔壓力從0.88 MPa上升至1.76 MPa時(shí)：

（1）采用多頭泵供油時(shí)，油膜厚度變化量為6μm；

（2）毛細(xì)管供油時(shí)，油膜厚度變化量13μm；

（3）采用海浮樂PM流量控制器，其油膜厚度變化不到2μm，剛度為多頭泵方式的3倍以上，毛細(xì)管方式的6倍以上。

圖4 靜壓油不同控制模式下油膜剛度的表現(xiàn)

由于機(jī)床實(shí)際運(yùn)動(dòng)過程中各個(gè)油腔的承載是動(dòng)態(tài)變化的，因此PM流量控制器可以將液壓站的總輸出流量向各個(gè)油腔進(jìn)行按需分配，從而使得油膜剛度大大提高，并減小了液壓站液壓油的總輸出量，使得整個(gè)液壓系統(tǒng)得以優(yōu)化。

相比之下，橫流式靜壓系統(tǒng)是一刀切的供油方式，無論各個(gè)油腔的載荷是否變化，它都供統(tǒng)一流量的液壓油，因此其液壓站會(huì)很大，油膜剛度較低。PM流量控制器的輸出流量是隨靜壓油腔的壓力增加而增加，在靜壓腔達(dá)到最高設(shè)計(jì)壓力時(shí)，其流量輸出為0 Bar時(shí)的2.5倍，由于該流量特性，系統(tǒng)剛性比毛細(xì)管及多頭泵高得多，預(yù)載剛性更好。

綜上所述，如果要求磨床能夠磨削出的工件精度達(dá)到微米級(jí)別，選擇海浮樂PM流量控制器來控制靜壓滑軌液壓油的方式勢(shì)在必行。

3 靜壓滑軌使用到的核心元件——PM流量控制器

PM流量控制器是海浮樂液體靜壓系統(tǒng)的核心元件，這是一種膜片反饋式流量控制器通過響應(yīng)靜壓腔載荷（油腔壓力）的變化，自動(dòng)快速調(diào)節(jié)油腔流量，靜壓腔的壓力越高，其流量越大，從而使得油膜厚度的變化量最小，從而獲得油膜高剛度。

PM流量控制器內(nèi)部動(dòng)作機(jī)構(gòu)為純機(jī)械式的金屬膜片，運(yùn)動(dòng)距離約為100μm，內(nèi)部沒有柱塞等易卡死零件，因此系統(tǒng)非?？煽?，幾乎無需維護(hù)。只要沒有大于100μm的雜質(zhì)進(jìn)入PM流量控制器就沒有堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。

每一片PM流量控制器具有自己的壓力/流量曲線，事先為專門的靜壓腔進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)，因此無需用戶現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整（如圖5所示）。

圖5 JUCRANK靜壓滑軌核心元件——PM流量控制器

4 靜壓滑軌使用到的核心元件安裝位置的選擇

相比靜壓滑軌液壓油控制器的選擇，其安裝位置的選擇同樣重要，靜壓滑軌四個(gè)油腔（Tpl/Tpr/Tlh/Trh四個(gè)油腔）在滑軌前后各有兩個(gè)（如圖6），根據(jù)靜壓滑軌運(yùn)動(dòng)軌跡以及實(shí)際運(yùn)行中滑軌兩側(cè)的受力分析得出靜壓滑軌四個(gè)腔體不能同時(shí)使用PM流量控制器來控制，要想得到高剛度的油膜還有需要必要的厚度（所謂的浮起量），必須使PM流量控制器這一次得到很大的拉力，故其安裝位置非常重要。

圖6 靜壓滑軌四個(gè)腔體分布圖

靜壓滑軌在使用過程為Z軸橫向移動(dòng)到指定位置后，靜止不動(dòng)，X軸向前運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)砂輪磨削工件，磨削過程中（如圖7），靜壓滑軌收到一個(gè)向后方的推力，故滑軌前端兩個(gè)油腔的靜壓油油膜厚度及剛度要求極高，這樣磨削的工件精度才可以達(dá)到微米級(jí)別。

圖7 設(shè)備加工各軸示意圖

綜上所述，PM流量控制器的位置選擇必須讓其控制靜壓滑軌前端兩個(gè)油腔Trh和Tlh（如圖8），而滑軌后端的兩個(gè)靜壓腔使用系統(tǒng)的高壓壓力，從而達(dá)到高壓往X負(fù)方向的一個(gè)拉力，這樣就使其Trh和Tlh兩點(diǎn)形成高剛度的油膜，增強(qiáng)了磨床的磨削精度。

圖8 PM流量控制器位置選擇

5 液壓系統(tǒng)靜壓油過濾器的選擇

由于PM流量控制器移動(dòng)形成只有100μm，所以對(duì)靜壓油的過濾精度要求極高，所以過濾器的選擇同樣重要。因此Jucrank磨床選用過濾精度為10μm的過濾器及濾芯對(duì)靜壓油進(jìn)行過濾。而且是使用液壓站出口以及靜壓滑軌入口處各設(shè)置一套過濾系統(tǒng)，提高了靜壓油進(jìn)入PM流量分配器當(dāng)中的精度，避免其因雜質(zhì)進(jìn)入導(dǎo)致卡滯等故障的發(fā)生。如圖9所示，Jucrank磨床靜壓回路當(dāng)中的兩處靜壓油過濾系統(tǒng)。

圖9 靜壓系統(tǒng)過濾系統(tǒng)

6 結(jié)束語

在合理設(shè)計(jì)布局下，將上述靜壓油控制方式、PM流量控制器安裝位置及過濾器的選擇三項(xiàng)措施綜合納入到當(dāng)前實(shí)際運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)，設(shè)備磨削過程能力穩(wěn)定性極高，故障率低，顯著提高了設(shè)備的開動(dòng)率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

[1]王 印，池文慧.淺析JUNKER磨床可靠性改進(jìn)[J].裝備制造技術(shù)，2015（5）：181-183.

[2]李兆亮，辛建豪.提高JUCENTER6L磨床開動(dòng)率改進(jìn)[J].裝備制造技術(shù)，2016（5）：143-145.