机床静压导轨毛细管节流器的设计
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２０１６ 年 １ 月 第 ４４ 卷 第 ２ 期
机床与液压
ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ
Ｊａｎ������ ２０１６ Ｖｏｌ������ ４４ Ｎｏ������ ２
ＤＯＩ： １０．３９６９ ／ ｊ������ ｉｓｓｎ������ １００１－３８８１������ ２０１６������ ０２������ ０３９
一个油腔的最大流量为：
Ｑ０ｍａｘ
＝
ｐ０ｍａｘ ｈ３
３ × μ５０
×
æｌ
ç
＋
ｂ
ö
÷
＝
èＢ － ｂ Ｌ － ｌø
０������ ３７ × １０６ × ０������ ０２３ ３ × ４０ × １０ －４ × ９������ ８
机床静压导轨毛细管节流器的设计
杨卓
（ 北京机电院机床有限公司， 北京 １０１３００）
摘要： 随着机械制造业的发展， 高精度机床的需求不断加大。 介绍静压导轨在机床上的应用与分类， 以及静压导轨毛 细管节流器的参数计算。 通过合理设计静压导轨节流器， 保证导轨间隙在一定载荷范围内变化最小和液压静压导轨具有良 好的直线运动精度。
关键词： 静压导轨； 恒压式供油； 螺旋毛细管 中图分类号： ＴＧ５４８ 文献标志码： Ｂ 文章编号： １００１－３８８１ （２０１６） ２－１２８－２
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｃａｐｉｌｌａｒｙ Ｒｅｓｔｒｉｃｔｏｒ ｉｎ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ Ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ Ｇｕｉｄｅｗａｙ
ＹＡＮＧ Ｚｈｕｏ （ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０１３００， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｙ， ｄｅｍａｎｄ ｆｏｒ ｈｉｇｈ⁃ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌｓ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ． Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ ｇｕｉｄｅｗａｙ ｉｎ ｍａｃｈｉｎｅ， ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ ｇｕｉｄｅｗａｙ ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｒｅｓｔｒｉｃｔｏｒ ｗｅｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ． Ｔｈｒｏｕｇｈ ｒａｔｉｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ ｇｕｉｄｅｗａｙ ｒｅｓｔｒｉｃｔｏｒ， ｔｈｅ ｇａｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｇｕｉｄｅ ｒａｉｌｓ ｉｓ ｅｎｓｕｒｅｄ ｍｉｎｉｍｕｍ ｉｎ ａ ｃｅｒ⁃ ｔａｉｎ ｌｏａｄ ｒａｎｇｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ ｇｕｉｄｅｗａｙ ｈａｓ ａ ｇｏｏｄ ｌｉｎｅａｒ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： Ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ ｇｕｉｄｅｗａｙ； Ｃｏｎｓｔａｎｔ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｉｌ ｓｕｐｐｌｙ； Ｓｐｉｒａｌ ｃａｐｉｌｌａｒｙ
液体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， 在工作过程中， 保证导轨面 间在液体摩擦状态下工作， 因此具有工作寿命长、 摩 擦因数低、 工作稳定性好等优点， 能满足高精度、 重 载荷及各种速度范围机床的要求。 按供油情况分， 有 定压式静压导轨和定量式静压导轨， 目前应用较多的 是定压式静压导轨。 定压式静压导轨常用的节流器有 毛细管固定节流器和薄膜反馈可变节流器。 下面以 ＸＴ３００ 机床滑座为例进行螺旋毛细管固定节流器的设 计分析。 １ 毛细管节流器的设计计算
在设计液体静压导轨时， 一般均需要对导轨的各 个油腔受力情况作分析， 确定受力最大和最小的油 腔， 以确定合理的油泵供油压力及结构尺寸。
图 １ 滑座重心位置尺寸图
支承的最大反力 Ｆｍａｘ ：
Ｆｍａｘ＝
Ｇ
＋ ８
Ｐ
＋
Ｐ
×
æ ｄ１
ç
è６������ ７Ｌ
＋
ｄ２
ö
÷
４Ｌ１ ø
＝
１９ ６００
＋ １６７ ５８０ ＋ ８
第２期
杨卓： 机床静压导轨毛细管节流器的设计
·１ ２９ ·
支承的最小反力 Ｆｍｉｎ ：
Ｆ ｍｉｎ
＝
Ｇ＋Ｐ ８
－
Ｐ
×
æ ｄ１
ç
＋
ｄ２ ö
÷
＝
è６������ ７Ｌ ４Ｌ１ ø
１９
６００
＋ １６７ ８
５８０
－
１６７
５８０
×
æ
ç
è６������
７
２５８ ×１
２００
＋
０ö ÷
４Ｌ１ ø
＝
１８������ ０２ ｋＮ
１������ ２ 一个导轨支承座有效面积 Ａｅ
支撑座如图 ２ 所示。
图 ２ 支撑座
有效面积 Ａｅ 为：
Ａｅ ＝
１ ４
× （Ｌ ＋ ｌ）（Ｂ ＋ ｂ） ＝
１ ４
× （２４０ ＋ １９０）
×
（３９０ ＋ ３４０） ＝ ７８ ４７５ ｍｍ２
１������ ３ 计算油腔压力
最大油腔压力为：
ｐ０ｍａｘ
毛细管节 流 器 不 能 随 负 载 的 变 化 而 改 变 节 流 阻 力， 由于它结构简单、 调整方便， 在开式和闭式静压 导轨中广泛应用。 节流器的设计内容包括确定节流口 尺寸的大小和节流长度。 根据流量连续性原理， 即流 经毛细管节流器和流经相应的油腔流量相等的原理计 算节流器的尺寸。 １������ １ 机床滑座静压导轨支撑的受力计算
１６７
５８０
×
æ
ç
è６������
７
２５８ ×１
２００
＋
Hale Waihona Puke ０ö ÷４Ｌ１ ø
＝ ２８������ ７８ ｋＮ
收稿日期： ２０１４－１１－２１ 作者简介： 杨卓 （１９８５—） ， 男， 本科学历， 工程师， 研究方向为高精数控机床静压导轨、 液压系统设计。 Ｅ －ｍａｉｌ： ｙａｎｇ⁃
ｚｈｕｏ６６８＠ １６３������ ｃｏｍ。
＝
Ｆ ｍａｘ Ａｅ
＝ ０������ ３７
ＭＰａ
最小油腔压力为：
ｐ０ｍｉｎ
＝
Ｆ ｍｉｎ Ａｅ
＝ ０������ ２３
ＭＰａ
１������ ４ 确定工作压力
现假定工作中， 载荷变化不大， 由于 Ｗ０ｓ 固定不 变， 质量分布均匀， ｐ０ｍａｘ ／ ｐ０ｍｉｎ ＝ １������ ６１ ， 节流比 β ＝ ２， 则 ｐｓ ＝ ２ｐ０平均 ＝ ２×（０������ ３７＋０������ ２３） ／ ２ ＝ ０������ ６０ ＭＰａ。 １������ ５ 计算流量
机床与液压
ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ
Ｊａｎ������ ２０１６ Ｖｏｌ������ ４４ Ｎｏ������ ２
ＤＯＩ： １０．３９６９ ／ ｊ������ ｉｓｓｎ������ １００１－３８８１������ ２０１６������ ０２������ ０３９
一个油腔的最大流量为：
Ｑ０ｍａｘ
＝
ｐ０ｍａｘ ｈ３
３ × μ５０
×
æｌ
ç
＋
ｂ
ö
÷
＝
èＢ － ｂ Ｌ － ｌø
０������ ３７ × １０６ × ０������ ０２３ ３ × ４０ × １０ －４ × ９������ ８
机床静压导轨毛细管节流器的设计
杨卓
（ 北京机电院机床有限公司， 北京 １０１３００）
摘要： 随着机械制造业的发展， 高精度机床的需求不断加大。 介绍静压导轨在机床上的应用与分类， 以及静压导轨毛 细管节流器的参数计算。 通过合理设计静压导轨节流器， 保证导轨间隙在一定载荷范围内变化最小和液压静压导轨具有良 好的直线运动精度。
关键词： 静压导轨； 恒压式供油； 螺旋毛细管 中图分类号： ＴＧ５４８ 文献标志码： Ｂ 文章编号： １００１－３８８１ （２０１６） ２－１２８－２
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｃａｐｉｌｌａｒｙ Ｒｅｓｔｒｉｃｔｏｒ ｉｎ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ Ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ Ｇｕｉｄｅｗａｙ
ＹＡＮＧ Ｚｈｕｏ （ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０１３００， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｙ， ｄｅｍａｎｄ ｆｏｒ ｈｉｇｈ⁃ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌｓ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ． Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ ｇｕｉｄｅｗａｙ ｉｎ ｍａｃｈｉｎｅ， ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ ｇｕｉｄｅｗａｙ ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｒｅｓｔｒｉｃｔｏｒ ｗｅｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ． Ｔｈｒｏｕｇｈ ｒａｔｉｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ ｇｕｉｄｅｗａｙ ｒｅｓｔｒｉｃｔｏｒ， ｔｈｅ ｇａｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｇｕｉｄｅ ｒａｉｌｓ ｉｓ ｅｎｓｕｒｅｄ ｍｉｎｉｍｕｍ ｉｎ ａ ｃｅｒ⁃ ｔａｉｎ ｌｏａｄ ｒａｎｇｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ ｇｕｉｄｅｗａｙ ｈａｓ ａ ｇｏｏｄ ｌｉｎｅａｒ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： Ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ ｇｕｉｄｅｗａｙ； Ｃｏｎｓｔａｎｔ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｉｌ ｓｕｐｐｌｙ； Ｓｐｉｒａｌ ｃａｐｉｌｌａｒｙ
液体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， 在工作过程中， 保证导轨面 间在液体摩擦状态下工作， 因此具有工作寿命长、 摩 擦因数低、 工作稳定性好等优点， 能满足高精度、 重 载荷及各种速度范围机床的要求。 按供油情况分， 有 定压式静压导轨和定量式静压导轨， 目前应用较多的 是定压式静压导轨。 定压式静压导轨常用的节流器有 毛细管固定节流器和薄膜反馈可变节流器。 下面以 ＸＴ３００ 机床滑座为例进行螺旋毛细管固定节流器的设 计分析。 １ 毛细管节流器的设计计算
在设计液体静压导轨时， 一般均需要对导轨的各 个油腔受力情况作分析， 确定受力最大和最小的油 腔， 以确定合理的油泵供油压力及结构尺寸。
图 １ 滑座重心位置尺寸图
支承的最大反力 Ｆｍａｘ ：
Ｆｍａｘ＝
Ｇ
＋ ８
Ｐ
＋
Ｐ
×
æ ｄ１
ç
è６������ ７Ｌ
＋
ｄ２
ö
÷
４Ｌ１ ø
＝
１９ ６００
＋ １６７ ５８０ ＋ ８
第２期
杨卓： 机床静压导轨毛细管节流器的设计
·１ ２９ ·
支承的最小反力 Ｆｍｉｎ ：
Ｆ ｍｉｎ
＝
Ｇ＋Ｐ ８
－
Ｐ
×
æ ｄ１
ç
＋
ｄ２ ö
÷
＝
è６������ ７Ｌ ４Ｌ１ ø
１９
６００
＋ １６７ ８
５８０
－
１６７
５８０
×
æ
ç
è６������
７
２５８ ×１
２００
＋
０ö ÷
４Ｌ１ ø
＝
１８������ ０２ ｋＮ
１������ ２ 一个导轨支承座有效面积 Ａｅ
支撑座如图 ２ 所示。
图 ２ 支撑座
有效面积 Ａｅ 为：
Ａｅ ＝
１ ４
× （Ｌ ＋ ｌ）（Ｂ ＋ ｂ） ＝
１ ４
× （２４０ ＋ １９０）
×
（３９０ ＋ ３４０） ＝ ７８ ４７５ ｍｍ２
１������ ３ 计算油腔压力
最大油腔压力为：
ｐ０ｍａｘ
毛细管节 流 器 不 能 随 负 载 的 变 化 而 改 变 节 流 阻 力， 由于它结构简单、 调整方便， 在开式和闭式静压 导轨中广泛应用。 节流器的设计内容包括确定节流口 尺寸的大小和节流长度。 根据流量连续性原理， 即流 经毛细管节流器和流经相应的油腔流量相等的原理计 算节流器的尺寸。 １������ １ 机床滑座静压导轨支撑的受力计算
１６７
５８０
×
æ
ç
è６������
７
２５８ ×１
２００
＋
Hale Waihona Puke ０ö ÷４Ｌ１ ø
＝ ２８������ ７８ ｋＮ
收稿日期： ２０１４－１１－２１ 作者简介： 杨卓 （１９８５—） ， 男， 本科学历， 工程师， 研究方向为高精数控机床静压导轨、 液压系统设计。 Ｅ －ｍａｉｌ： ｙａｎｇ⁃
ｚｈｕｏ６６８＠ １６３������ ｃｏｍ。
＝
Ｆ ｍａｘ Ａｅ
＝ ０������ ３７
ＭＰａ
最小油腔压力为：
ｐ０ｍｉｎ
＝
Ｆ ｍｉｎ Ａｅ
＝ ０������ ２３
ＭＰａ
１������ ４ 确定工作压力
现假定工作中， 载荷变化不大， 由于 Ｗ０ｓ 固定不 变， 质量分布均匀， ｐ０ｍａｘ ／ ｐ０ｍｉｎ ＝ １������ ６１ ， 节流比 β ＝ ２， 则 ｐｓ ＝ ２ｐ０平均 ＝ ２×（０������ ３７＋０������ ２３） ／ ２ ＝ ０������ ６０ ＭＰａ。 １������ ５ 计算流量