机床滑动导轨的润滑状况及耐磨损分析.pdf

机床滑动导轨的润滑状况及耐磨损分析南昌大学机械 系皮亚南戴莉莉汪先明胡勇克主题词:滑 动 导轨磨损油膜1引言机床设备中的滑动一导轨是 机床精度的 块础,除应满足强 度、刚度外,导轨的 润沿 状况 和耐磨性关系 到机 床的使用性 能、使用 寿命、生产效率及 加工质量。导 轨润 滑 不 良也是 引起导轨 爬行的主要因素之 一。2润滑状况的分析两滑动导轨在作相对运动时,由于 滑动速度在导轨表 面形成一层油膜,这层油膜可以减少导轨间的摩擦和磨损、防止锈蚀、提高工作效率和 节约能源。油膜的 形成 与导轨的 滑动速度、负荷及性质、表面粗糙度、润滑方式及润滑 油 的性能等有关。2.1导轨滑动 速度的影响由于机床的加工情况不同,导轨的滑 动速度也不 同。有的高达10 0m/mi n 以上,如平面磨床、龙门刨床的工作台,牛头刨床的滑枕,有的高达50一15 0m/min以上,如撞床拖板的移动速度;有的低到lm/mi l l以下,如各类磨床的工作台进给速度和砂轮 的修正速度都在0.1一1mm/mi n左 右。据stribe ck试验结果得 出:s。=2业-尸(1)式 中S 0一一索氏数n一一油的粘 度v一一导轨的 相对 滑 动速度尸一一负载在负 荷不 变的情况 下,导轨附动 速 度高,油 楔作 j J 效应大,则s。大,油膜形成厚而均 匀,强 度也大些,导 轨可处 于液体润滑状态。在起动时 或停开 一段时间后,油被挤出,油膜被破坏,加以速度低,s。小,导轨处于边界润 滑状态。滑动速度过低时,导 轨会 出现爬行。不 出现爬行现象的速度,叫临界爬行 速度v c,它可近 似按 下式计算:v。=一巫鑫二鱼侧4兀ok川=_一p匀生-一(2)训4兀ok仇式 中j s-一静摩擦系数介一动摩擦系数0一一阻尼 系数p一一支承向上 的正压 力叱-一系统的刚度仇一一移 动导轨质 量在 设计时,要加大瓦和O,有一定的局限性,而降 低了,对防止导轨爬行就 更具有实际意义。在滑动速度过高时,导轨易出现 漂浮。2.2导 轨负 荷 与形成 油 膜的 关系导轨的负 荷靠油膜来支承。负荷 由工作台、!二件和 夹具的重量及 切 削力的总和除以廿轨 而积的值来表 示,也是 由集中力和倾复力 知:两部分 组成。一般情况 下,滑 动导轨所承 受的负菏较轻,约小于loMP。,这时 导轨的润滑 状况较好,在设汁时告导轨面宽度定得过窄或 油搏开 得过密会减少 导轨面积,或有时 j J d工大件和为了工艺l二的需妻附加 了之组合书L床与自动化加工 技术一些设备如 曲轴磨床、凸轮轴磨床之类,都使导轨负荷增加,单位油膜上的承压加大。形成油膜不匀,使导轨处于边界摩擦状态。在这种情况 下,润 滑油 的质量起着主要作用,若油质差,就会引起导轨爬行和磨损加剧。2。3导轨表面 加 工与油膜的关系导轨表面 的加工质量 和f的变化,使滑动导轨表 面粗糙度和精度不 同,影响 导轨表面 作相 对运动时的摩擦系数,也影响油膜的均匀性和油膜的 强度,导致表 面磨 损 不匀,精度下降,为此对导轨表面 的终加工的工艺要精心安排。试验证明,在润滑 油粘度较高时,用磨削作为终加工,有利 于防止导轨爬行。2。4导轨 的润 滑方式与 油膜间的关系导轨表 面上供油点的分布,油槽的布置和形式与供油压力 的确定对导轨润 滑状况都有密切关系。动压滑动导轨的供油是通过床身导轨自下而上进行的,供油点分布在两副导轨工作台左右移动范围的覆盖面内,使油能均匀地送至导轨面的各处,形成均匀的油膜。若供油过于集中在导轨的中部,会造成两端供油不足,使油膜难以形成,造成偏磨。在供油系统中,油泵 的油经 油管泵至分油器,然后分路输送到供油点,使 两 副 导轨上供油点的油压基本 相等,形成均匀的 油膜,导轨的润滑较好。若连接供油点的油管采用串联,则各供油点上将出现 油压差,油膜厚度不均,强弱不 一,造成导轨爬行或局部磨损。油槽是用来输送油液的,它的分布与形式对油膜的影响和对导轨润滑状 况的改善都是显著的。油槽的分布与工作台的 重 量有关。油槽的宽度与深度以满足 润滑油畅通为主,不宜过 窄过密,以免减少导轨承受负荷的 面积和割裂油膜。油槽的形状以倒S形为最好,因它传递幅度广、占导轨面积少,使油流动性好,对油膜的割裂少,补充快,易形成良好的润滑状况。3导轨的耐磨性分析影响导轨精度保持性的主要因素是磨损,从磨损 失效来看,其磨损失效期应 为一个大修期。由于 导轨单位压力 不 同,磨损性质不一。导轨的磨损可分为磨合磨损、疲劳磨损、咬粘磨损、磨粒磨损 和微 切屑磨损,其中磨粒磨损最普遍,据统计磨粒磨损约占8 0写 8 5%,其余为 咬 粘磨损。实际上导 轨的磨损是几种磨损的综合。3.1导轨结构与磨损的 关系滑动 导轨的形 状有矩 形和V形,它们都由几 个平面组合而成,属低副运动副,摩擦系数大于 滚动与卸荷导轨。导 轨的结构应能保持良好的润 滑状 态,磨损后的 间隙应能调整,有利于切屑 和 污物的排除。试验结果表明,当两 个钢 导轨表面 在7x1 OSPa压力 下接触时实际接触 面积只有;舌、cmZ若润滑不 良,导轨表面会因粘结而拉伤。为了减少磨粒磨损,导轨应有良好的防护装 置。据 统计,有防护装置的导轨,比无防护装置的导轨,其磨损量可减少 6 0%。导轨 应有 密 封性,以免与空气接触和水进入。因 空气和水会使油乳化和氧化变质,产生胶泥卜会使油中的添加剂因水解而失效,供油中断,造成破坏性磨损。3。2润滑油对导轨磨损的影晌在生产中减少导轨磨损和保持导轨精度,较实用的方法是正确地选 用润 滑油,其中主要指标是油 的粘度。当导轨用油与液压系统分别供油时,油的粘度 应 按 负荷、性质、速度和使用温度来 选择。当负荷大、速度低、温度 高时,应 选 用粘度大的油;当导轨与液压系统选 用 同一牌号 的油时,应选用中等粘度的 油,对于高精密机床的 导轨,应选用粘度大的油;对于易被污染的 导轨,应选用粘度低的油。重负荷导轨、V形导轨、垂直导轨和倾斜导轨单靠选 择油 的粘度来减少磨损,效果不1904年第8期大,还必须在基础油中加入2%,5%的 油性添加剂,使其极性基牢固地吸附在导轨表面上,增加油膜强度,弥补表 面粗糙度的不良因素,起到润滑减磨作 用。在 高 温条件下工作的导轨,应在油中加入1 5%一2 0%的级化石腊和硫化棉籽油,作为极压 添加剂,它 的渗透性很强,使冷却后 的润 滑油很快流入导轨面,形成极 压膜,起到耐极压抗磨作用。油 长期与空气接触会起氧化反应,生成氧化胶质,对导轨产生酸腐蚀,为此应在 油中加入0.3%一0.5%的抗氧化剂。当供 油与液压 系统 采用同一种 油时,为避免泡 沫的产生而削弱 油膜强度和中断供油,应在 油中加入0.0 2%的 甲基硅油,使润滑油具有抗泡性。3.3导轨材料 与耐磨 性的关系导轨材料应具有良好的耐磨性、杂质可嵌性和自润 滑性,使导轨能较长 时期保持导轨精度的稳定性。两导轨不能采用 同一 品种和同 一硬 度 的材料,否 则易产生咬粘磨损。蓄晌图乙宜喇骊曲0.伪卜一 一一一一工0.仍!一一一口.曰口.目口.饭净年图1I固定导轨淬火,移动导轨不淬火I两导轨都不 淬火注:1.铸铁铸铁2.铸铁淬硬钢板3.铸铁FN软带1.为阴期磨损阶段1.为正常磨损阶段I为居d烈磨损阶段通用机床一般采用HTZOo、H T35 0 灰铸铁,精密机床、磨床和铣床则采用高磷铸铁、磷铜钦铸铁和钒钦铸铁,它们的 耐磨性比灰铸铁高1.52倍。按正常磨损分析,一般磨损量为0 10.3mm/年。导轨一般要淬火,其硬度为H B17 0 一2 41。表面淬火必须是相配导轨同时进行,否则磨损会集中在动导轨上。曾对两台C62 1一l车床进行试 验,一台固定导轨淬火,移动导轨不淬火;对另一台机床两导轨都不淬火,其磨损量 如图1所不。导轨可 采用复合材料,即在铸铁导轨上叠加淬硬钢板、铜板、胶木板和高分子材料的软带,可提高其耐磨性和抗撕伤能力。试验结果如 表1所示。上 述几种材料的磨损 阶段,如 图2所示。由图可见,高分子材 料始终处于正常磨,-一廊涵石荔一一,一,_止理表1一一扁 币二钾.一剐.节舀巫班二二二二二二=铸 铁铸 铁(固定导轨淬火)铸铁淬火钢板铸铁黄铜铸铁胶木板铸铁HN T耐磨涂层及软带HRC601IR C69磨拟情况(毫米/年)0.030.06初期磨损r丈有铸铁的l l 0-,后来由于精度下降产生振动HB13002、0.03子H B6、8、一。.一一 洲肠、一(抗咬粘磨损能力强)0.02、0.璐0.002、0.004(下转8页)组 合机 床与 自动化加工技术则P;PZ,P:P3的单位价I量 分另l!为:np,p:=P:PZ/!PIPZnp:p 3=P:P3/P;P3则欲求的单位法矢“为:(1 1)(12)n二npzpZ又npzp 3(13)6叶片背、腹面五 坐标加工球头刀刀心的计算(1)球头刀半径:、的确定Zr s应小于两叶片之 问通道 的最小宽度c op,。可按下式估算:i i i i i。p勺2兀尺、一21。阴入(14)式 中尺、一叶根处半 界灭-一叶片数Zop一一叶 根处叶片厚度此外,r s还不应超过 叶片 与伦松之 间 过渡圆角的最大允许值。(2)叶轮流道曲面等距而 的生成叶轮流道曲面 为 一圆环而,其等距面仍为一圆环面,且其距流道曲面 距离为:s。(3)叶片背、腹面的等距 面计算叶片表面上任意点P之等距点P、可由下式求得:p:s=Pi十 r,N/入1(1 5)其中N;为尸点的外法矢量。乙P;,构成叶片表面的等距 面。(2),(3)确定的等距 面如图3所示,其中的阴影部分便为 球 头刀 刀心 可以出现的区图3球头刀刀心叹城妙。7叶片背、腹面五坐标 数控加工的铁刀刀位数据由以!.分析可知,叶片表而 五 坐标加工时铣少J夕J位数据为x,y,z,a,刀,其中x,y,z为点的 空间坐标,a,刀分别为刀轴矢量与X轴和Y轴的夹角。8结束语本文扼 要地分析了直纹 面型 叶轮的几何特征,同时对其五坐标N C加工编程计算方法进行了研究。限于篇幅,对某些细节间题未作讨论,但有了本文的基础,便可以着手进行直纹面型叶轮数控加工 程序的编制 了。参考文献1LiuHuaming,J王a ojian乙in.八;t:dyo几multi一c o ordin at。石Cmachinino1 二DImPell、r.Pr o e.ofthei;.t、r几a龙10、:、lfer en e:o ne omPuter sinma ehi二 e:yi二d江;:r,.1992(戈0)2焦建斌.三元叶轮CAD了CA 缸一任化系统叮拼究.哈尔滨工业大学硕士学位论文,1马92.4(编辑王绍钱)(上接4页)损状 态。4结论对滑动导轨 的润 滑状况和耐磨性分析,目的在于对滑动导轨在生产实践中加深对其理性认识,以便采取有效措施和方法,在设计和使用 时加以改进和改善,尽量避免爬行,减少摩擦、磨损和提高 效 率,节约 能源,以获得更好的 经济效益。参考文献1戴曙.金属切削机床设计.机诫工:扮出版社,19812皮亚南,齿轮轮齿润沿.润 滑 与 峦 封1089(l)3RabentDavie s.AS tdyot t。只i任、一一SlipPr oe e,5.Frietio江a;1、:er,1二亏、161(木文1引:已3月功日次)(编辑王绍饪)组合机床与 自动化加工技术