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摘要：本文介紹了φ1.6米精密圓臺(tái)立磨中工作靜壓導(dǎo)軌供油方案的確定，恒流靜壓導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)與計(jì)算。
關(guān)鍵詞：立磨 恒流 靜壓 導(dǎo)軌
1 引言
對(duì)于精密圓臺(tái)立式磨床來(lái)說，要保證磨削工件的大平面粗糙度低、精度高，除了要求磨頭好以外，還要求工作臺(tái)的工作性能要好。目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的φ1.6米精密圓臺(tái)立式磨床中，工作臺(tái)導(dǎo)軌基本上采用滾動(dòng)導(dǎo)軌，經(jīng)調(diào)查，滾動(dòng)體磨損后高精度易于喪失，抗振能力不強(qiáng)，在磨削高精度的大平面時(shí)，粗糙度值也不理想。而靜壓導(dǎo)軌與它比較，具有更小的摩擦阻力，使用壽命長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)特性好，運(yùn)動(dòng)剛度好，有一定的吸振能力，運(yùn)動(dòng)精度高。滾動(dòng)導(dǎo)軌難于與靜壓導(dǎo)軌媲美，且國(guó)產(chǎn)靜壓系統(tǒng)與進(jìn)口大型特級(jí)平面滾動(dòng)軸承在價(jià)格上也相差不大。因此，我們?cè)谘兄痞?.6米精密圓臺(tái)立磨(該項(xiàng)目為原機(jī)械工業(yè)部1997年機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目)中采用了靜壓導(dǎo)軌，效果好。下面對(duì)本課題中靜壓導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)作一介紹。
2 靜壓導(dǎo)軌供油方式的確定
就供油方式而言，液體靜壓導(dǎo)軌目前分為恒壓和恒流供油兩大類。近年來(lái)德國(guó)、日本、美國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)的機(jī)床，對(duì)液體靜壓導(dǎo)軌的供油方式，不是千篇一律采用某種方式，有采用恒流供油方式，也有采用恒壓供油方式，這樣做有可能取決于傳習(xí)慣和供油系統(tǒng)的輔助件研制過關(guān)與否而定。
圖1所示為每?jī)蓚�(gè)油腔共用一個(gè)節(jié)流器，油泵供油壓力用溢流閥調(diào)整，始終將壓力控制在某個(gè)合理數(shù)值上，即所謂恒壓式，圖2所示為每個(gè)油腔均有一個(gè)油泵全流量供油，即所謂恒流式，兩種供油方式比較如下：
圖1
圖2
(1)由于工作重量不均，基礎(chǔ)件剛度有限，卡緊力引起局部變形，以及欲想基礎(chǔ)件加工精度、粗糙度和安裝調(diào)試要求特高和穩(wěn)定，均難達(dá)到。由此導(dǎo)軌上各個(gè)油腔壓力不可能均勻，若某個(gè)油腔達(dá)到或接近一定的油泵壓力時(shí)，靜壓就無(wú)法建立。采用恒流導(dǎo)軌沒有溢流閥，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。該系統(tǒng)的壓力儲(chǔ)備大，過載能力強(qiáng)。
(2)由于外界飛揚(yáng)塵埃，運(yùn)轉(zhuǎn)中某些剝離下金屬，油中析出的雜質(zhì)，以及基礎(chǔ)件內(nèi)腔中某些殘存臟物會(huì)使油污染，節(jié)流器一旦被堵塞，恒壓導(dǎo)軌的油腔失壓，破壞了靜壓。若采用恒流靜壓，無(wú)節(jié)流器，即無(wú)堵塞現(xiàn)象發(fā)生，工作安全可靠性高，但潤(rùn)滑油仍需精密過濾，以防研傷導(dǎo)軌。
(3)恒壓式油泵供油壓力高于油腔壓力時(shí)，即通過節(jié)流器產(chǎn)生壓力降，有壓力降就會(huì)有熱量產(chǎn)生，要維持供油壓力，溢液閥一定要溢流，該部分溢流既消耗功率，又產(chǎn)生熱量，結(jié)果油溫升高，導(dǎo)致機(jī)床熱變形大，降低機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度，甚至于還有可能使靜壓導(dǎo)軌不能正常工作。
(4)就油膜剛度而言，恒流靜壓系統(tǒng)所具有的剛度，比恒靜壓系統(tǒng)中有反饋節(jié)流系統(tǒng)要差一些，但比有固定節(jié)流系統(tǒng)要好得多。
根據(jù)上述二者之利弊，目前選擇恒流供油方式是比較合理的。同時(shí)基于湖北某機(jī)床廠二十多年采用恒流靜壓導(dǎo)軌的機(jī)床，無(wú)一因供油方式而產(chǎn)生故障。因此本磨床液體靜壓導(dǎo)軌的供油采用湖北某機(jī)床廠現(xiàn)行生產(chǎn)的1WZS04型十個(gè)頭恒流量分油器，其原理圖見圖3。恒流量分油器的工作原理、工作性能和參數(shù)，以及工作安全性，在此不作敘述。
1—電動(dòng)機(jī) 2—飛輪 3—精濾器 4—變量泵 5—精濾器
6—溢流閥 7—恒流量分油器 8—壓力繼電器
9—壓力表 10—底座油腔 11—工作臺(tái)
圖3
3 靜壓導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)與計(jì)算
(1)1.6米圓臺(tái)立式磨床的工作臺(tái)與底座設(shè)計(jì)主要技術(shù)參數(shù)
�、俟ぷ髋_(tái)直徑：1600mm
�、诠ぷ髋_(tái)轉(zhuǎn)速：0.8～32r/min
�、圩畲竽ハ髦睆剑孩J1800mm
�、芄ぷ髋_(tái)重量：W1＝18kN
�、莨ぷ髋_(tái)上磁吸盤重量：W2＝12kN
�、薰ぜ畲笾亓浚篧3＝60kN
(2)液體靜壓導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)
如圖4所示，導(dǎo)軌外徑為1200mm，內(nèi)徑為1000mm，均布十個(gè)油腔，每個(gè)油腔除外周回油外，還設(shè)置徑向回油槽，徑向回油槽作用有二，既可作內(nèi)周回油道，又可作油腔之間斷壓槽用，以免壓力互相干擾。內(nèi)外有一道高1.5mm圍墻，使導(dǎo)軌始終泡在潤(rùn)滑油中工作，以免在回轉(zhuǎn)時(shí)將空氣帶入油腔而失壓，若油路系統(tǒng)發(fā)生故障，突然停車，導(dǎo)軌間仍保持有油潤(rùn)滑，不會(huì)產(chǎn)生干摩擦。油腔開在底座上，工作臺(tái)導(dǎo)軌鑲有鋅鋁銅合金導(dǎo)軌板，為了液體靜壓導(dǎo)軌預(yù)載，工作臺(tái)至導(dǎo)軌處高375mm，使其承受剛度是足夠的。
(3)液體靜壓導(dǎo)軌計(jì)算
�、儆颓粔毫τ�(jì)算
油腔尺寸如圖5所示，虛線表示每個(gè)油腔承受壓力的有效面積Ae：
圖4
圖5
空載時(shí)一個(gè)油腔壓力：
滿載時(shí)一個(gè)油腔壓力：
②靜壓導(dǎo)軌機(jī)械油的選擇
眾所周知，機(jī)械潤(rùn)滑油的動(dòng)力粘度與溫度有關(guān)，如果粘度隨溫差變化大，則流量的變化大
，這對(duì)恒流靜壓導(dǎo)軌很不利，需要經(jīng)常調(diào)整變量泵。下面通過查手冊(cè)取二種機(jī)械潤(rùn)滑油的動(dòng)力
粘度進(jìn)行比較。
10#機(jī)械潤(rùn)滑油：
μ10℃=44.64×10-3Pa·s,μ40℃=14．29×10-3Pa·s
30#機(jī)械潤(rùn)滑油：
μ10℃=250×10-3Pa·s,μ40℃=42×10-3Pa·s
由上可知，10#機(jī)械潤(rùn)滑油μ10℃/μ40℃＝3.124倍，30#機(jī)械潤(rùn)滑油：μ10℃/μ40℃＝5.952倍，顯然，10#機(jī)械潤(rùn)滑油的動(dòng)力粘度隨溫差變化量小。因此，選用10#機(jī)械潤(rùn)滑油。
�、塾颓涣髁坑�(jì)算：
Q＝pλh3/（12μ）
p——油腔壓力(Pa);
h——油膜厚度(m)；
λ——節(jié)流邊系數(shù)；
μ——潤(rùn)滑油動(dòng)力粘度(Pa·s)。
取h＝9×10-5m。
10℃時(shí)滿載的總流量：
Qεμ10℃＝10Qμ40℃＝6L/min
40℃時(shí)滿載的總流量：
Qεμ40℃＝10Qμ40℃＝19L/min
選用YBX型變量泵供油，額定流量為25L/min。根據(jù)油膜剪切消耗功率計(jì)算，若貯油箱容量選用大于600L，則油液溫升只在≤20℃左右，足以保持安全可靠工作。
�、苡湍さ募羟泄β视�(jì)算：
當(dāng)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)時(shí)，油在導(dǎo)軌間受剪切，必須消耗功率。由于液體靜壓導(dǎo)軌無(wú)直接金屬接觸，也就無(wú)摩擦損失。因此，只有工作臺(tái)導(dǎo)軌與底座導(dǎo)軌的相對(duì)速度，使油受剪切，其剪切力大小與潤(rùn)滑油動(dòng)力粘度、面積、相對(duì)速度成正比，與間隙成反比，其公式：
F'＝μAv／h
剪切力矩： M＝F'r
剪切所消耗功率：N＝1.075×10－7μΑr2n2/h
式中：A——底座上的靜壓導(dǎo)軌與工作臺(tái)導(dǎo)軌實(shí)際接觸面積(油腔、徑向回油槽不計(jì)算在內(nèi))，A＝（602－56．62＋53．42－502）π＋3．2×3．4×2×10－5×10×10＝2066．32cm2＝2.06632×10-1m2；
r——導(dǎo)軌寬度的幾何中心到導(dǎo)軌圓心O的半徑，r=(60-50)÷2+50=55cm=0.55m；
n——工作臺(tái)最高轉(zhuǎn)速(r/min)。
�、萦湍偠扔�(jì)算：
J＝F／e
式中：F——載荷
e——從原始載荷狀態(tài)開始計(jì)算的位移量
F＝W1＋W2＋W3＝90000N
e=0～h=0～9×10－5m=0～90μ
∴Jmin＝90000／90＝1000N／μ
4 結(jié)束語(yǔ)
由于靜壓導(dǎo)軌具有一系列的特點(diǎn)，加之又采用了恒流量供油方式，所以使得磨床的摩擦阻力小，工作可靠，動(dòng)態(tài)特性好，抗振性強(qiáng)，運(yùn)動(dòng)剛度好，運(yùn)動(dòng)精度高，從而磨削工件精度高。 |
