動(dòng)靜壓技術(shù)在鏜床專機(jī)主軸上的應(yīng)用

■ 濟(jì)柴聊城機(jī)械有限公司 （山東 252000） 劉廣強(qiáng) 丁延亮 趙國順

■ 山東鑫亞股份有限公司 （濟(jì)南 252000） 姬景梅

1. 機(jī)床動(dòng)靜壓技術(shù)改進(jìn)的必要性

幾年前，我公司為某柴油機(jī)廠制作了一臺(tái)6180機(jī)體加工鏜床專機(jī)，鏜削主軸孔、凸輪軸及搖臂軸孔，其中主軸孔的精度對(duì)同軸及圓度等要求較高。設(shè)備制作初期，柴油公司的計(jì)劃加工批量較小，設(shè)備的操作人員對(duì)設(shè)備保養(yǎng)尚能維持機(jī)床的精度。由于市場的需要，2012年對(duì)產(chǎn)品的批量加大，每月生產(chǎn)定額由5臺(tái)左右提升到20臺(tái)以上，由于設(shè)備保養(yǎng)不善及設(shè)備本身結(jié)構(gòu)的限制，經(jīng)常出現(xiàn)研套現(xiàn)象。鏜模架回轉(zhuǎn)套及底套抱死現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，而每次都會(huì)對(duì)機(jī)床主軸孔的鏜削精度帶來或多或少的影響，只能利用拋光膏及研磨膏對(duì)研傷部位進(jìn)行反復(fù)修磨，效率較低，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)的進(jìn)度。經(jīng)技術(shù)人員分析認(rèn)為，原鏜專機(jī)結(jié)構(gòu)原理較陳舊，鏜專機(jī)主軸鏜模架的回轉(zhuǎn)套及底套如圖1所示。

圖1 主軸鏜模架的回轉(zhuǎn)套及底套簡圖

鏜桿主軸φ120mm，回轉(zhuǎn)套內(nèi)孔φ180mm，外徑φ210mm，采用四鏜模架支撐主軸鏜桿，兩端鏜模長度180m m，中間兩個(gè)鏜模限于機(jī)體兩瓦當(dāng)距離限制，鏜模長度取80mm，回轉(zhuǎn)套與底套之間利用油杯進(jìn)行潤滑，依靠潤滑油的重力流通，效果不理想，屬于半干式液體摩擦，回轉(zhuǎn)套與底套之間間隙限于主軸孔鏜削精度的要求單邊僅為0.01～0.02mm，過于小的間隙，很難保證潤滑劑將底套及回轉(zhuǎn)套完全隔開，干式摩擦現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，摩擦系數(shù)較大，為0.1～0.3，主軸鏜桿的重力及切削力的影響，又加大鏜孔過程中圓周各個(gè)方向的不平衡性。

分析認(rèn)為，如果將回轉(zhuǎn)套及底套之間引入滾動(dòng)軸承體，滾動(dòng)體的磨損也是不可修復(fù)性的，精度同樣不穩(wěn)定，而采用動(dòng)靜壓技術(shù)對(duì)鏜模架回轉(zhuǎn)套及底套結(jié)構(gòu)改進(jìn)，形成全液體摩擦，摩擦系數(shù)只有0.001～0.008，回轉(zhuǎn)套及底套之間形成穩(wěn)定的壓力油膜，進(jìn)而能徹底將二者隔開，杜絕干式磨損的發(fā)生，運(yùn)動(dòng)精度很高，回轉(zhuǎn)誤差一般在0.2μm以下，因而不但可以提高刀具的使用壽命，而且可以達(dá)到很高的加工精度和低的表面粗糙度值。

2. 設(shè)備采用動(dòng)靜壓技術(shù)改進(jìn)的簡要過程

（1）形成液體的動(dòng)靜壓軸承需要具備的條件：①軸承體回轉(zhuǎn)套及軸承底套之間需要有一定的初始間隙h0。②潤滑油具有一定的粘度。③軸承面與軸承表面間有一定相對(duì)速度。④工作時(shí)有偏心距（主軸鏜桿重力因素的存在，底部間隙小于頂部）。⑥有一套供油裝置，具有穩(wěn)定的壓力。

根據(jù)以上基本條件，我們制作了簡易的供油裝置，原理如圖2所示。

（2）現(xiàn)以兩端鏜?；剞D(zhuǎn)套為例說明動(dòng)靜壓技術(shù)的應(yīng)用：①載荷W。機(jī)床為半精加工、精加工，單邊加工量在1m m以內(nèi)，軸承承載力與速度無關(guān)。②主軸轉(zhuǎn)速為20～400r/min。③軸承直徑D＝180mm，按L/D=0.8～1.5選擇，取軸承長度為180m m。④軸承初始間隙2h0=（0.000 4～0.0 0 0 7）D，取h0=0.0 4 ～0.06m m。⑤由于機(jī)床為低速、均勻載荷故選取粘度較大的潤滑油，本機(jī)床采用32#機(jī)械油。⑥軸承的軸向封油邊C及周向封油邊b，C=b約取D/10=18mm。⑦油腔的軸向?qū)挾萳=B-2C=140mm，為增加油腔的動(dòng)壓效應(yīng)，將油腔開為深腔及淺腔兩部分，淺腔深度取5～10h0，深腔深度取≥20h0，深腔夾角36°，淺腔均布在深腔周圍，夾角60°，具體如圖3所示。⑧回油腔的選擇在D=160～200mm時(shí)，回油槽寬度為6mm，回油槽深度取1.2mm，回油槽的尺寸要選擇適當(dāng)，也就是說要保證潤滑油從外流出后回油暢通，另一方向又要使回油槽內(nèi)充滿潤滑油且具有微小的壓力，以防止主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將空氣從回油槽帶人軸承靜壓腔內(nèi)，建立不起正常工作的壓力。為保證回油順暢，加工時(shí)將回油槽寬改為10mm。

圖4中的動(dòng)靜油腔可以在數(shù)控機(jī)床上加工，鏜銑插補(bǔ)即可，在油腔四周加工出回油槽，在回轉(zhuǎn)套與底套之間形成穩(wěn)定的壓力油膜，由于采取4個(gè)均布方向的動(dòng)靜壓油腔，能有效地避免運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的油膜振動(dòng)。動(dòng)靜壓油腔如圖4所示。

3. 動(dòng)靜技術(shù)調(diào)試過程中需要注意的因素

在加工油腔的過程中，需注意回轉(zhuǎn)套內(nèi)孔尺寸已經(jīng)精加工完，工件的裝夾必須避免變形而均勻加持。對(duì)鏜模架底套及回轉(zhuǎn)套的所有棱角進(jìn)行手工圓整，避免尖角、毛刺，最終裝配前用丙酮進(jìn)行清洗、脫脂棉進(jìn)行擦拭，確保安裝時(shí)軸承體清潔；安裝完成后，先啟動(dòng)供油系統(tǒng)，讓潤滑油進(jìn)行清洗整個(gè)潤滑回路，在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)3～4h后，將油箱內(nèi)所有油更換，加入新潤滑油，這樣系統(tǒng)進(jìn)入工作階段，起動(dòng)供油裝置，可以對(duì)主軸進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)：先點(diǎn)動(dòng)，確保運(yùn)轉(zhuǎn)順利后，先低速旋轉(zhuǎn)1～2h后，再依次更換高速；同時(shí)，調(diào)整系統(tǒng)壓力，尋找主軸平衡的合適壓力，如果出現(xiàn)振蕩，說明回油口混入了空氣，需適當(dāng)提高壓力及潤滑油的粘度，整個(gè)過程需檢測油溫的變化，確保溫度不能變化過大，否則需增加回油冷卻裝置。

圖2 靜壓原理圖

圖 3

圖4 靜動(dòng)壓油腔簡圖

圖 5

設(shè)備調(diào)試完成后，對(duì)首件加工的主軸孔在德國三維坐標(biāo)檢測后，同軸度均為0.035mm以內(nèi)，可能是回轉(zhuǎn)套及底套之間間隙存在高點(diǎn)，又磨合了一段時(shí)間，接下來的幾件同軸度均在0.02mm以內(nèi)，達(dá)到設(shè)計(jì)目的，至今運(yùn)行穩(wěn)定。

整套裝備在運(yùn)行半年后，需對(duì)液壓原理圖所標(biāo)出的精過濾器和粗過濾器的濾芯進(jìn)行清洗，必要時(shí)更換新濾芯，確保潤滑油清潔，設(shè)備運(yùn)行中應(yīng)注意保持主軸的清潔度，避免切屑等雜物進(jìn)入回轉(zhuǎn)套。

[1] 鐘洪，張冠坤. 液體靜壓動(dòng)靜壓軸承設(shè)計(jì)使用手冊[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[2] 戴曙. 金屬切削機(jī)床 [M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.