静压导轨设计

1.6米台立式磨床采用恒流静压导轨的研制本文介绍了1.6米精密圆台立磨中工作静压导轨供油方案的确定，恒流静压导轨的设计与计算。1引言对于精密圆台立式磨床来说，要保证磨削工件的大平面粗糙度低、精度高，除了要求磨头好以外，还要求工作台的工作性能要好。目前国内外生产的祖1.6米精密圆台立式磨床中,工作台导轨基本上采用滚动导轨,经调查，滚动体磨损后高精度易于丧失,抗振能力不强，在磨削高精度的大平面时，粗糙度值也不理想。而静压导轨与它比较,具有更小的摩擦阻力，使用寿命长，动态特性好，运动刚度好，有一定的吸振能力，运动精度高。滚动导轨难于与静压导轨媲美,且国产静压系统与进口大型特级平面滚动轴承在价格上也相差不大。因此，我们在研制祖1.6米精密圆台立磨（该项目为原机械工业部1997年机械工业科学技术发展计划项目）中采用了静压导轨,效果好。下面对本课题中静压导轨的设计作一介绍。2静压导轨供油方式的确定就供油方式而言，液体静压导轨目前分为恒压和恒流供油两大类。近年来德国、日本、美国等工业发达国家生产的机床，对液体静压导轨的供油方式,不是千篇一律采用某种方式，有采用恒流供油方式，也有采用恒压供油方式,这样做有可能取决于传习惯和供油系统的辅助件研制过关与否而定。图1所示为每两个油腔共用一个节流器，油泵供油压力用溢流阀调整,始终将压力控制在某个合理数值上，即所谓恒压式，图2所示为每个油腔均有一个油泵全流量供油，即所谓恒流式,两种供油方式比较如下：

由于工作重量不均，基础件刚度有限,卡紧力引起局部变形，以及欲想基础件加工精度、粗糙度和安装调试要求特高和稳定，均难达到。由此导轨上各个油腔压力不可能均匀，若某个油腔达到或接近一定的油泵压力时，静压就无法建立。采用恒流导轨没有溢流阀，只要有足够的流量，就能够保持导轨之间脱离接触，形成纯液体摩擦。该系统的压力储备大,过载能力强。由于外界飞扬尘埃，运转中某些剥离下金属，油中析出的杂质，以及基础件内腔中某些残存脏物会使油污染，节流器一旦被堵塞，恒压导轨的油腔失压，破坏了静压。若采用恒流静压,无节流器，即无堵塞现象发生,工作安全可靠性高，但润滑油仍需精密过滤,以防研伤导轨。恒压式油泵供油压力高于油腔压力时，即通过节流器产生压力降，有压力降就会有热量产生，要维持供油压力，溢液阀一定要溢流，该部分溢流既消耗功率，又产生热量，结果油温升高,导致机床热变形大，降低机床运动精度，甚至于还有可能使静压导轨不能正常工作。就油膜刚度而言，恒流静压系统所具有的刚度，比恒静压系统中有反馈节流系统要差一些,但比有固定节流系统要好得多。根据上述二者之利弊，目前选择恒流供油方式是比较合理的。同时基于湖北某机床厂二十多年采用恒流静压导轨的机床,无一因供油方式而产生故障。因此本磨床液体静压导轨的供油采用湖北某机床厂现行生产的1WZS04型十个头恒流量分油器,其原理图见图3。恒流量分油器的工作原理、工作性能和参数,以及工作安全性，在此不作叙述。1—电动机2一飞轮3一精滤器4—变量泵5一精滤器6一溢流阀7一恒流量分油器8—压力继电器9—压力表10—底座油腔11—工作台图33静压导轨的设计与计算1.6米圆台立式磨床的工作台与底座设计主要技术参数工作台直径：1600mm工作台转速:0.8〜32r/min最大磨削直径：1800mm工作台重量:W1=18kN工作台上磁吸盘重量:W2=12kN工件最大重量:W3=60kN液体静压导轨的设计如图4所示，导轨外径为1200mm,内径为1000mm，均布十个油腔，每个油腔除外周回油外,还设置径向回油槽,径向回油槽作用有二，既可作内周回油道，又可作油腔之间断压槽用，以免压力互相干扰。内外有一道高1.5mm围墙，使导轨始终泡在润滑油中工作,以免在回转时将空气带入油腔而失压,若油路系统发生故障，突然停车，导轨间仍保持有油润滑，不会产生干摩擦。油腔开在底座上,工作台导轨镶有锌铝铜合金导轨板，为了液体静压导轨预载,工作台至导轨处高375mm,使其承受刚度是足够的。液体静压导轨计算油腔压力计算油腔尺寸如图5所示，虚线表示每个油腔承受压力的有效面积Ae:

图4-6.6*8.4=172.64an3=1.7264xUT揶空载时一个油腔压力:财11龄°nirvi^MP"山广1.神心"如1"畔满载时一个油腔压力:_附】十甲"吧_18000+12000+60000=10Af=1.1264x10"=O,52132MPa静压导轨机械油的选择众所周知,机械润滑油的动力粘度与温度有关，如果粘度随温差变化大，则流量的变化大，这对恒流静压导轨很不利，需要经常调整变量泵。下面通过查手册取二种机械润滑油的动力粘度进行比较。10#机械润滑油：u10°C=44.64X10-3Pa・s,u40°C=14.29X10-3Pa・s30#机械润滑油：u10C=250X10-3Pa・s,u40C=42X10-3Pa-s由上可知，10#机械润滑油u10C/u40C=3.124倍,30#机械润滑油：u10C/u40C=5.952倍，显然,10#机械润滑油的动力粘度随温差变化量小。因此，选用10#机械润滑油。油腔流量计算：Q=p入h3/(12u)p——油腔压力(Pa);h油膜厚度(m)；入一一节流边系数；u——润滑油动力粘度(Pa・s)。*=(恐_1出+警_H8+32)十34=14,328取h=9X10-5m。_0.52132x1护xL4,1。7)3’5=Ux44*64xIO-5三101.65m?A=0,6L/minQ_Q・52132xKfx14・328m(9xKT*M加/L2xl4.29xIO-3二317.544nZ/5=L9L/min10°C时满载的总流量：Q8H10°C=10Qu40°C=6L/min40C时满载的总流量：Qeu40C=10Qu40C=19L/min选用YBX型变量泵供油，额定流量为25L/min。根据油膜剪切消耗功率计算，若贮油箱容量选用大于600L，则油液温升只在W20C左右，足以保持安全可靠工作。油膜的剪切功率计算：当工作台旋转时，油在导轨间受剪切，必须消耗功率。由于液体静压导轨无直接金属接触，也就无摩擦损失。因此，只有工作台导轨与底座导轨的相对速度，使油受剪切，其剪切力大小与润滑油动力粘度、面积、相对速度成正比,与间隙成反比，其公式：F'=uAv/h剪切力矩：M=F'r剪切所消耗功率:N=1.075X10-7nAr2n2/h式中:A——底座上的静压导轨与工作台导轨实际接触面积(油腔、径向回油槽不计算在内)，A=(602-56.62+53.42-502)n+3.2X3.4X2X10-5X10X10=2066.32cm2=2.06632X10-1m2；r——导轨宽度的几何中心到导轨圆心0的半径,r=(60-50)：2+50=55cm=0.55m；n工作台最高转速(r/min)。油膜刚度计算：J=F/e式中:F——载荷e——从原始载荷状态开始计算