静压导轨结构形式的选择

静压导轨结构形式的选择

在重型床上的设计中，由于传动部分的重量较大且容易弯曲，因此通常使用静压轨道来取代普通轨道。1静压部分主要结构的设计静压导轨是在两个相对运动的导轨面间通入压力油,使运动件浮起,工作过程中油膜压力随外载荷变化而变化,以平衡作用在导轨上的外负载,在不同速度(包括静止)下都能保证导轨面间始终处于纯液体摩擦状态,从而大大减小了两导轨面作相对运动时的摩擦阻力,减小了拖动导轨运动时的动力消耗,并具有很高的运动精度。静压导轨的结构形式分为单边式静压导轨、对称式静压导轨(如图1和图2)。单边式静压导轨一般承受垂直的单向负荷,其负荷的方向只能朝油膜厚度减少的方向;对称式静压导轨能承受双向的垂直负荷,其油膜刚度比单边式的好,但制造较复杂。还有一种对称式静压导轨,除了支承工作台垂直方向的负荷外,又能承受侧面方向的负荷(如图3)。2静压部分的油腔设置一个完整的静压导轨系统,还应有动力源及节流等装置(如图4)。当油泵2启动,液压油从滤油器1吸入,使用溢流阀3调节供油压力P,压力油再经精密滤油器4过滤后,经节流阀组5进入各油腔,各油腔压力分别为P1、P2、P3。静压导轨在相同油腔压力下负载容量会因面积系数值增大而变大,用摩擦动力消耗的观点来看,缩小油封宽度可降低摩擦阻力,然而油封宽度太窄会使承载台因工作台重压而产生塑性变形,所以油腔的面积与油封宽度必须选择适当。常用的油腔结构形式分为沟槽式(见图5)、岛式和全腔式(见图6)。图中B是导轨宽度,m是油腔长度,C是油封宽度,A是油腔宽度,h是油腔深度,L是单一油区长度。沟槽式油腔由供油沟组成,用于宽度较小的导轨,当导轨宽度较大时选用其他形式的油腔。岛式又可分为半岛式(见图7)、单岛式(见图8)和双岛式(见图9)。静压导轨的油腔数目主要取决于导轨长度、负载分布情况及机床工作台、床身等支承部件的刚度。选择原则如下:a.为了使油膜均匀分布,每条导轨面在其长度方向的油腔数目不得少于2个;b.移动部件(如工作台)的导轨长度在2米以下时,油腔数目可取2～4个;c.移动部件的导轨长度大于2米以上时,油腔数目一般不超过5～6个,每个油腔长度为0.5～1.5米。当载荷分布均匀,机床刚度较高时,油腔长度可取长些,相应油腔数目可取少些;反之,当载荷分布不均匀,机床刚度较低时,油腔长度可取短些,数目可取多些,以提高导轨受偏的能力。设计静压油腔时,若静压导轨往复运动,油腔应设在运动的导轨上,而不能设在支承导轨上,否则当工作台移动时,就会使油腔暴露出来,与大气压相同而失效。若由于结构限制必须将静压油腔设在支承导轨上,就要加装检测装置,或限制工作台移动范围,以免油腔暴露出来而失去承载能力。还有导轨上各油腔的油封宽度N应大于B-A后的数值,否则就要用横向油沟隔开(如图10),以免油腔间产生窜油而使导轨不易调整。导轨间隙越小,所需的流量也越小,则油膜刚度越大,油泵消耗功率也会变小,因此,导轨的油膜厚度应尽量薄一些,但由于受到加工精度、表面粗糙度、机床各部零件刚度与节流器最小节流尺寸的限制,油膜厚度又不能取得太小,至少应大于导轨面的几何总误差,包括平面度、扭曲度、平行度等,否则不能实现纯液体摩擦,对于重型机床,油膜厚度一般建议为0.03～0.08毫米。3静压金属更加符合机床抗振性能的特点静压导轨的优点很多,主要有以下几项:a.静压导轨由于处于完全油膜的纯液体摩擦状态,摩擦系数很低(约0.0005),驱动功率可大幅度降低;b.静压导轨的运动不受负荷和速度的限制,低速运动时平稳性好,不会出现爬行现象;c.液压摩擦的导轨,不易产生磨损,因此可以长期保持导轨的导向精度,提高导轨的使用寿命;d.液压油具有振动吸收能力,使机床抗振性能良好;e.静压导轨的承载能力大,刚度大;f.静压导轨的摩擦热量小,导轨温升及热变形小,可以提高机床的加工精度。静压导轨的缺点如下:a.静压导轨的结构复杂,且需一套供给油压设备,因此机床的成本就会提高;b.静压导轨的油膜厚度比较难以保持恒定。4静压治疗dg如图11所示,为重型机床上经常采用的单边式静压导轨。其工作台的自重为G,当油腔内充满液压油时,工作台浮起,形成最初间隙H,使工作台与床身间有一层油膜隔离,这时油腔内的压力为P。当工作台受到外负荷W的作用下,按外负荷W的作用方向移动一距离E,使导轨与床身间的间隙变小为h,油腔内的压力增高至Q,以抵抗外负荷W而保持工作台处于受力平衡状态,导轨移动时处于液体摩擦状态下工作。如图12所示,为对称式静压导轨。它以薄膜反馈为节流阀,当无外加负荷时,压力油P经节流阀进入导轨的上下油腔,其相对的压力分别为P1和P2,每个油腔都形成一个独立的液压支撑点,液压油的的压力作用在工作台上。当压力差(P1-P2)的作用克服了工作台的自重,工作台呈悬浮状态,其最初间隙分别为H1和H2。当工作台受到外负荷W的作用下而下沉,此时导轨上油腔间隙减少为h1(h1<H1),导轨下油腔间隙增大为h2(h2>H2)。由于上导轨间隙减少,使回油阻力增大,上油腔内压力增大为Q1(Q1>P1);相反由于下导轨间隙增大,使回油阻力减小,下油腔内压力减小为Q2(Q2<P2)。压力差(Q1-Q2)便产生平衡外负荷W的作用。对于具有可变节流阀的静压导轨,当压力P1上升及P2下降时,也改变与导轨上下油腔相连接的节流阀的压力分布,即膜片上半部压力升高,下半部压力下降,弹性膜片在此压力差(Q1-Q2)的作用下便向下凹,于是节流阀上油腔的节流间隙L1增大,下油腔的节流间隙L2减小,促使进入导轨上油腔的节流阻力进一步减小,进入导轨下油腔的节流阻力进一步增大。这一反馈作用使工作台为了克服外负荷W而产生的下降距离减少,保证工作台在接近原来的平衡位置附近,建立新的油压平衡。5提高加工精度通过应用静