静压导轨工作原理

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静压导轨工作原理

静压导轨的工作原理与静压轴承相同。将具有一定压力的润滑油,经节流器输入到导轨面上的油腔,即可形成承载油膜,使导轨面之间处于纯液体摩擦状态。

优点:导轨运动速度的变化对油膜厚度的影响很小;载荷的变化对油膜厚度的影响很小;液体摩檫,摩檫系数仅为0.005左右,油膜抗振性好。

缺点:导轨自身结构比较复杂;需要增加一套供油系统;对润滑油的

清洁程度要求很高。

主要应用:精密机床的进给运动和低速运动导轨

静压导轨分类

按结构形式分:开式、闭式

开式静压导轨:压力油经节流器进入导轨的各个油腔,使运动部件浮起,导轨面被油膜隔开,油腔中的油不断地通过封油边而流回油箱。当动

导轨受到外载荷作用向下产生一个位移时,导轨间隙变小,增加了回油阻力,使油腔中的油压升高,以平衡外载荷。

闭式导轨:在上、下导轨面上都开有油腔,可以承受双向外载荷,保

证运动部件工作平稳。

按供油情况可分为定量式静压导轨和定压式静压导轨。

定压式静压导轨:

是指节流器进口处的油压压强ps是一定的,这是目前应用较多的静

压导轨。

定量式静压导轨

指流经油腔的润滑油流量是一个定值,这种静压导轨不用节流器,而是对每个油腔均有一个定量油泵供油。由于流量不变,当导轨间隙随外载荷的增大而变小时,则油压上升,载荷得到平衡。载荷的变化,只会引起

很小的导轨间隙变化,因而油膜刚度较高,但这种静压导轨结构复杂。

φ1.6米圆台立式磨床采用恒流静压导轨的研制

来源:机电在线发布时间:2009-4-16 8:59:44

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φ1.6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φ 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:

图1

图2

(1)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。

(2)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。

(3)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。

(4)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—飞轮3—精滤器4—变量泵5—精滤器

6—溢流阀7—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3

3 静压导轨的设计与计算

(1)?1.6米圆台立式磨床的工作台与底座设计主要技术参数

①工作台直径:?1600mm

②工作台转速:0.8~32r/min

③最大磨削直径:?1800mm

④工作台重量:W1=18kN

⑤工作台上磁吸盘重量:W2=12kN

⑥工件最大重量:W3=60kN

(2)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,还设臵径向回油槽,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,忽然停车,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。

(3)液体静压导轨计算

①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:

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