K6920落地鏜銑立柱靜壓浮起設(shè)計

劉雙仲

【摘 要】隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的突飛猛進(jìn)，機(jī)械制造技術(shù)水平也不斷提高。然而制造業(yè)的核心裝備就是數(shù)控機(jī)床，這使得數(shù)控機(jī)床的設(shè)計備受關(guān)注，本文根據(jù)三三工業(yè)設(shè)計開發(fā)的TK6920型數(shù)控落地鏜銑床，簡單介紹了靜壓系統(tǒng)的形式特點(diǎn)、立柱浮起靜壓系統(tǒng)的設(shè)計過程及導(dǎo)軌耐磨材料的選擇，對其他靜壓浮起結(jié)構(gòu)的設(shè)計拋磚引玉。

【關(guān)鍵詞】恒壓靜壓；立柱浮起；浮起計算；導(dǎo)軌耐磨材料

中圖分類號： TG536 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）28-0241-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.28.113

靜壓浮起導(dǎo)軌，就是講液壓系統(tǒng)提供的液壓油，通過節(jié)流閥，注入兩個相對直線運(yùn)動或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的導(dǎo)軌面之間，在導(dǎo)軌面之間形成一層承重的油膜，兩導(dǎo)軌面之間具有一定的間隙，形成純液體摩擦的狀態(tài)。優(yōu)點(diǎn)：

（1）相對運(yùn)動的導(dǎo)軌不直接接觸，無論頻繁啟?；蜻B續(xù)工作，導(dǎo)軌不會發(fā)生磨損，能長期保持制造精度，導(dǎo)軌壽命長。

（2）相對運(yùn)動的導(dǎo)軌面之間是純液體摩擦，其摩擦系數(shù)僅在0.0005左右，因此驅(qū)動功率可大幅度降低，效率高，節(jié)能效果好。

（3）靜壓導(dǎo)軌的承載能力強(qiáng)，剛度高，吸振性好，導(dǎo)軌運(yùn)行平穩(wěn)。

（4）油膜厚度幾乎不受速度的影響，即使在極低速時，也不會爬行。

所以在重型、大型機(jī)床上應(yīng)用較多。因此三三工業(yè)設(shè)計開發(fā)的TK6920型數(shù)控落地鏜銑的X軸（立柱）、Y軸（主軸箱）、Z軸（方滑枕）全部采用靜壓導(dǎo)軌，提供機(jī)床整體的承載能力。

本文以TK6920落地鏜銑床的立柱浮起（X軸）為例，介紹靜壓導(dǎo)軌的選型及設(shè)計計算。

1 靜壓浮起導(dǎo)軌型式的選擇

靜壓浮起導(dǎo)軌的型式在供油方式上可分為恒壓力靜壓導(dǎo)軌與恒流量靜壓導(dǎo)軌兩種。

恒壓力靜壓導(dǎo)軌是指節(jié)流閥進(jìn)口處供油壓力即液壓系統(tǒng)的輸出壓力是一定的，為控制各油腔的流量進(jìn)而調(diào)整各油腔的油膜厚度，往往使用毛細(xì)管節(jié)流器。油液流經(jīng)毛細(xì)管的壓降與所通過的流量的平方成正比。因此，毛細(xì)管節(jié)流器孔徑小，易堵塞，對靜壓油的清潔度提出了很高的要求。為保證足夠的流量供給，節(jié)流器前后需保持較高的壓力差，油泵輸出壓力一般為油腔壓力的3-4倍以上，大量的液壓能轉(zhuǎn)化為熱能。為保持恒壓，系統(tǒng)溢流閥一直處于溢流工作狀態(tài)，能量損耗轉(zhuǎn)化為熱量，引起油溫升高。溫升會降低靜壓油的粘度，增加系統(tǒng)泄漏，降低系統(tǒng)壓力，影響靜壓系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，為此必須配置油冷機(jī)。

恒流靜壓系統(tǒng)無須此節(jié)流器，每個油腔均可獨(dú)立的得到多頭泵一個頭的全留量供油，只要油腔壓力在多頭泵的耐壓范圍內(nèi)，均可行程靜壓，當(dāng)某段油腔的負(fù)載突然加大時油膜厚度隨之減小，導(dǎo)軌間的油流阻力增加，要維持恒流量，油泵的輸出壓力必然升高。若不計管路損耗，油腔壓力等于油泵供油壓力。油腔壓力增加，可平衡增大了的載荷。當(dāng)其他條件一定，每個頭的留量又相同，則導(dǎo)軌能被均勻的浮起，個別支承油腔壓力變化不會引起其他油腔變化，因此系統(tǒng)剛度大、壓力儲備大、過載能力強(qiáng)。系統(tǒng)中沒有阻尼，不會因阻尼堵塞而導(dǎo)致靜壓失敗，故可靠性高。沒有調(diào)整阻尼的麻煩，裝配與維修方便，功率損耗與發(fā)熱量小，一般不需油冷機(jī)。

TK6920落地鏜銑立柱及主軸箱系統(tǒng)總重大，考慮到機(jī)床承載大，X坐標(biāo)導(dǎo)軌采用恒壓靜壓導(dǎo)軌，靜壓系統(tǒng)為恒壓式一泵多腔貝思閥節(jié)流方式。靜壓油通過主管路輸送到移動部件上，在通過分油塊分配到各油腔，各油腔通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥調(diào)整流量。各靜壓點(diǎn)均有壓力檢測，以保證靜壓導(dǎo)軌運(yùn)行安全可靠。

本機(jī)床導(dǎo)軌采用雙矩形導(dǎo)軌，油膜厚度控制在0.03-0.05mm。

2 油腔結(jié)構(gòu)設(shè)計

本機(jī)床立柱滑座導(dǎo)軌為鑲錫基青銅導(dǎo)軌，導(dǎo)軌長度為2900mm，為保證油膜厚度均勻及較大的承重，每條導(dǎo)軌油腔數(shù)為6個，壓板油腔數(shù)為每條4個。

3 供油系統(tǒng)的設(shè)計

本機(jī)床中，已知條件：立柱為35噸，主軸箱及配重26噸，滑板10噸，切削力最大6噸。平導(dǎo)軌板12塊，壓板導(dǎo)軌板8塊。

3.1 供油壓力的設(shè)計計算

隨著載荷變化，壓強(qiáng)隨之變化，因此計算出油腔內(nèi)的最大和最小壓強(qiáng)。

3.3 電機(jī)及泵的選擇

根據(jù)流量及壓力的計算，選擇葉片泵YB1-20，流量20ml/rpm，額定壓力6.3MPa，工作在0-2.5MPa的壓力范圍內(nèi)，與之相匹配電機(jī)Y132S-4，7.5KW，1500rpm。

4 靜壓導(dǎo)軌耐磨材料的選擇

靜壓系統(tǒng)正常工作時，導(dǎo)軌副并不接觸，因此對滑座導(dǎo)軌板的材質(zhì)并無嚴(yán)格要求，當(dāng)選用與床身同材質(zhì)的鑄鐵作為導(dǎo)軌板，在出現(xiàn)意外情況，靜壓不起作用時床身導(dǎo)軌會出現(xiàn)膠合拉傷，基礎(chǔ)大件床身拉傷修復(fù)起來費(fèi)時費(fèi)力，一般不予選用。

因此導(dǎo)軌耐磨材料對機(jī)床的使用壽命有很大的影響。另外，TK6920鏜銑床立柱在行走的過程中，如液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障或突然斷電，則供油壓力不足，立柱滑板無法浮起，在兩滑動面之間無法形成靜壓油膜，而立柱滑板在慣性的作用下，不能馬上停止，也容易研磨導(dǎo)軌。

經(jīng)查詢相關(guān)資料得知，導(dǎo)軌耐磨材料必須質(zhì)地軟且有足夠的耐磨性能，目前國內(nèi)重載回轉(zhuǎn)工作臺的動導(dǎo)軌多采用有色合金，耐磨材料多為銅合金，如QSn6.5-0.1、S214、S213等。銅合金的優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)地軟但耐磨性較差，相比之下，鋁合金和銅合金更具有耐磨性好的優(yōu)點(diǎn)。因此綜合制造成本及耐磨性，我們選擇7075鎂鋁合金作為導(dǎo)軌耐磨材料。

為了比較這些材料的耐磨性能，我們做了下面五種材料的耐磨實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)備了QSn6.5-0.1錫青銅、S214鋁青銅、S213磷青銅、7075航空級鎂鋁合金、6082航空鋁合金五種試驗(yàn)件，在相同條件下，試驗(yàn)五種材料的耐磨性能。下表為實(shí)驗(yàn)的條件及實(shí)驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，7075鎂鋁合金是實(shí)驗(yàn)材料中最適合的導(dǎo)軌耐磨材料。

5 安裝與調(diào)整

靜壓系統(tǒng)油箱與供油泵置于地基的地坑中，靜壓油經(jīng)X軸拖鏈進(jìn)入固定在滑座上分油塊中，分油塊上設(shè)有可調(diào)節(jié)流器，靜壓油經(jīng)節(jié)流器節(jié)流后，通過Φ6X1mm的紫銅管進(jìn)入各靜壓油腔。在工作之前，必須反復(fù)沖洗液壓油箱及管路，防止雜質(zhì)進(jìn)入油腔拉傷導(dǎo)軌。油泵工作期間，注意檢查過濾器，及時清洗和更換，為保證靜壓系統(tǒng)正常穩(wěn)定的工作，同時從功率消耗最小及溫升最小的角度考慮，選擇粘度適合的靜壓導(dǎo)軌油。一般選用HG46液壓導(dǎo)軌油，冬春氣溫較低時可改用HG32液壓導(dǎo)軌油。

調(diào)試中，滑座四角各固定一千分表，啟停靜壓系統(tǒng)，其讀數(shù)變化值即工作臺的浮起量，注意觀察油腔壓力表，其值取決于導(dǎo)軌上的負(fù)荷、床身導(dǎo)軌精度。通過調(diào)整各油腔的節(jié)流器，保證四角的浮起量一致，控制在0.03-0.05mm內(nèi)。

6 結(jié)語

本文以TK6920落地鏜銑床的立柱浮起為例介紹了一種恒流量供油的靜壓導(dǎo)軌設(shè)計計算方法，對于其他機(jī)床直線軸、回轉(zhuǎn)軸的靜壓導(dǎo)軌的設(shè)計計算具有一定的借鑒。

【參考文獻(xiàn)】

[1]《機(jī)床設(shè)計手冊》……………………機(jī)械工業(yè)出版社.

[2]《機(jī)械加工工藝手冊》………………北京出版社.

[3]《現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床設(shè)計》………………機(jī)械工業(yè)出版社.