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        SC-50/85 CNC數(shù)控立式車床工作臺靜壓導(dǎo)軌改造設(shè)計

        2020-11-24 08:58:18哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司黑龍江哈爾濱150040張明良王立春
        金屬加工(冷加工) 2020年11期
        關(guān)鍵詞:外環(huán)恒壓車床

        ■哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司 (黑龍江哈爾濱 150040) 張明良 王立春

        羅馬尼亞SC-50/85 CNC數(shù)控立式車床經(jīng)工作臺靜壓系統(tǒng)改造后使用至今,由于年久失修,其工作臺承載質(zhì)量已降為60t,達不到出廠設(shè)計值100t。根據(jù)生產(chǎn)需要,現(xiàn)需對其進行改造升級。立式車床底座及旋轉(zhuǎn)工作臺經(jīng)設(shè)計驗算,其強度、剛度和穩(wěn)定性滿足承載質(zhì)量增至150t的條件,故只需對工作臺靜壓結(jié)構(gòu)形式和液壓系統(tǒng)進行重新設(shè)計改造。

        1. 靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)形式

        (1)靜壓導(dǎo)軌供油方式確定 液體靜壓導(dǎo)軌供油方式分為恒壓和恒流兩種,二者各有優(yōu)缺點,本次靜壓工作臺改造選用恒流供油方式。

        主要原因基于以下幾點。

        1)此數(shù)控立式車床已使用20余年,工作臺承載質(zhì)量需在原設(shè)計值上提升,故工作臺基礎(chǔ)剛度有限,且機床加工工件種類多、質(zhì)量不均,導(dǎo)致導(dǎo)軌上各個油腔壓力不可能均勻。恒流供油方式壓力儲備大、過載能力強,只要有足夠的流量,就能夠保持導(dǎo)軌之間脫離接觸,形成純液體摩擦。

        2)車間環(huán)境較差,液壓油容易受到污染,產(chǎn)生臟物、雜質(zhì)等,恒壓節(jié)流器一旦堵塞,恒壓導(dǎo)軌的油腔就會失壓,容易產(chǎn)生事故。若采用恒流靜壓,無節(jié)流器,即無堵塞現(xiàn)象發(fā)生,設(shè)備安全可靠性高。

        3)恒壓式液壓泵供油壓力高于油腔壓力,通過節(jié)流器使壓力下降產(chǎn)生熱量,同時溢流閥溢流既消耗功率,又產(chǎn)生熱量,導(dǎo)致油溫升高,機床產(chǎn)生熱變形,從而降低機床精度,甚至出現(xiàn)機床故障停產(chǎn)。

        (2)靜壓腔結(jié)構(gòu)形式確定 立式車床底座的靜壓導(dǎo)軌原始設(shè)計為恒壓供油方式,導(dǎo)軌為一環(huán)結(jié)構(gòu),均布12個靜壓腔。在載荷不均勻的情況下,尤其是載荷集中在工作臺中心位置時,工作臺發(fā)生變形,靜壓導(dǎo)軌油膜建立不好,靜壓浮起量較小,出現(xiàn)了研傷導(dǎo)軌現(xiàn)象,導(dǎo)致工作臺承載能力下降。

        為避免上述情況再次發(fā)生,此次改造對靜壓導(dǎo)軌形式進行重新設(shè)計,將原有一環(huán)結(jié)構(gòu)改造為兩環(huán)結(jié)構(gòu),增加內(nèi)環(huán)導(dǎo)軌。同時,將外環(huán)隔為兩圈靜壓腔,其目的是即使外環(huán)外圈靜壓腔因工作臺變形泄壓而失效,外環(huán)里圈靜壓腔仍可保證工作臺正常旋轉(zhuǎn)工作。另外,由于外環(huán)兩圈靜壓腔距離較近,且靜壓流量可調(diào),故可視為一環(huán)靜壓導(dǎo)軌,不會發(fā)生過定位現(xiàn)象。改造前后導(dǎo)軌形式如圖1所示。

        圖1 靜壓導(dǎo)軌改造前后結(jié)構(gòu)形式

        改造后三圈導(dǎo)軌靜壓腔選用3個多頭泵分別供油,且每個靜壓腔都由單獨油路供油,便于提高系統(tǒng)油膜的剛度,保證工作臺的變形量,同時也提高了工作臺運行的安全性。3臺供油齒輪泵需由變頻電動機控制,可以對靜壓導(dǎo)軌流量進行調(diào)整,從而改變各環(huán)的承載能力,以適應(yīng)不同工件在工作臺上的裝夾位置。

        2. 靜壓導(dǎo)軌的設(shè)計與計算

        測量工作臺導(dǎo)軌原有的外環(huán)靜壓腔及節(jié)流邊幾何尺寸,計算靜壓腔有效面積為

        式中,Ae為單液壓腔有效承載面積(m2);l為單靜壓腔長度(m);b為單靜壓腔寬度(m);L為單靜壓單元長度(m);B為單靜壓單元寬度(m)。

        經(jīng)計算,Ae=0.227m2。

        已知工作臺設(shè)計承載重量150t,工作臺質(zhì)量24t,由于工作臺外環(huán)為主要承載重量部位,且機床加工時還存在切削力,所以為保證工作臺負載運轉(zhuǎn)可靠,工作臺外環(huán)計算負載約取200t,即W =2 000kN,則工作臺最大工作壓力為

        式中,P為工作臺最大工作壓強(Pa);n為靜壓腔數(shù)量L-AN32全損耗系統(tǒng)用油,這里n=12。

        經(jīng)計算,P=8.981×105Pa。

        靜壓導(dǎo)軌選擇L-A N32全損耗系統(tǒng)用油,液壓系統(tǒng)油溫制冷機將最高液壓油溫度控制在50℃以下,N32全損耗系統(tǒng)用油在50℃時動力黏度為μ=1.785×10-2Pa·s,此時靜壓導(dǎo)軌所需液壓油流量最大;導(dǎo)軌靜壓浮起量取h0=0.15mm。根據(jù)公式求得靜壓導(dǎo)軌外環(huán)所需液壓油流量為

        式中,i為靜壓腔數(shù)量,經(jīng)計算,Q=255.882L/min,外環(huán)兩圈導(dǎo)軌靜壓腔面積相近,即將流量平均分配,每圈液壓油流量近似為130L/min。

        同理,確定內(nèi)環(huán)靜壓腔形式及參數(shù),并確定其所需液壓油壓力及流量。

        3. 液壓系統(tǒng)設(shè)計

        根據(jù)以上計算數(shù)據(jù),確定液壓系統(tǒng)選用齒輪泵P7600-F100H,齒輪泵排量100mL/r,壓強可達25MPa。

        圖2 靜壓導(dǎo)軌液壓原理

        SC-50/85 CNC數(shù)控立式車床工作臺靜壓導(dǎo)軌液壓改造的主要液壓元件參數(shù)規(guī)格已經(jīng)確定,根據(jù)液壓系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能設(shè)計的液壓原理如圖2所示??梢钥闯觯龑?dǎo)軌各靜壓腔可實現(xiàn)定量供油外,還根據(jù)系統(tǒng)溫升增加了油冷機單元,確保系統(tǒng)在恒溫條件下運行。

        4. 結(jié)語

        SC-50/85 CNC數(shù)控立式車床工作臺靜壓導(dǎo)軌承載質(zhì)量能力的改造獲得了預(yù)期的效果,其設(shè)計采用原有結(jié)構(gòu),而沒有采用徹底更換工作臺及底座的方式,避免了機床基礎(chǔ)重新制作,節(jié)省了500余萬元改造費用。其設(shè)計采用了外環(huán)兩圈導(dǎo)軌恒流靜壓形式,在使用過程中加工精度高,安全可靠,為立式車床承載質(zhì)量改造積累了寶貴的經(jīng)驗。

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