数控外圆磨床砂轮架闭式静压导轨的设计.pdf

精密制造与自动化 2011 年第 4 期 数控外圆磨床砂轮架闭式静压导轨的设计 刘军胜（上海机床厂有限公司 上海 200093）摘 要 介绍了数控外圆磨床砂轮架闭式静压导轨的设计过程。重点分析了导轨的分类和液体静压导轨的工作原理及特点。根据当前磨床的设计要求，对液体静压导轨的结构进行了选择，并采用了闭式静压导轨结构。通过对闭式静压导轨上下油腔参数计算，验证了闭式静压导轨的各个设计参数的合理性。结果表明，磨床采用了闭式静压导轨结构后，性能可靠，精度稳定。导轨参数的正确计算，将有助于提高闭式静压导轨在运行中的综合性能。关键词 闭式静压导轨 油腔参数设计 密度 承载能力 摩擦因数 为了缩短与国外技术水平的差距，增强国内磨床及难加工材料的制造能力，优化设计参数，力求通过一系列静压导轨的参数计算，来确定闭式静压导轨的基本参数，试制出了一套全新的闭式静压导轨，解决国内部分静压导轨的刚性不足、稳定性差的问题，并对部分难加工材料进行了磨削试验，验证了数控外圆磨床砂轮架闭式静压导轨的设计参数的合理性。1 导轨的作用和特点 1 导轨的作用和特点 如图 1 所示的导轨副，由动导轨（常见的为工作台或拖板的导轨）和静导轨（常见的为床身导轨）组成。图图 1 导轨示意图导轨示意图 由于动导轨沿静导轨作定向运动，运动的直线度精度直接影响到系统的工作精度。因此导轨在机电一体化系统中具有重要的作用，其特点是：工作运动的速度低，精密机械常要求工作台移动速度为 0.55 mm/min 的低速情况下运动不爬 行，所以在设计时要考虑低速爬行问题。(a)闭式导轨 (b)开式导轨 导轨工作部分刚性较差，对于一般机械和仪器 工作台的静导轨，既长又薄，是系统中刚性最薄弱的环节，受力较复杂，计算较困难。大型导轨的制造工作量较大，需要专门机床加工或用手工刮削。2 导轨的分类 2 导轨的分类 按照摩擦性质分类可分为滑动导轨和滚动导轨。滑动导轨的摩擦性质是滑动摩擦。按其状态又可分为液体静压导轨、液体动压导轨和混合摩擦导轨。液体静压导轨：两导轨之间有一层静压油膜，属于纯液体摩擦，多用于进给运动导轨。液体动压导轨：当导轨面之间相对滑动速度达到一定值后，液体的动压效应使得导轨面间出现了压力油楔，把导轨面隔开。动压导轨也属于纯液体摩擦，多用于主运动导轨。动导轨 V 静导轨 混合摩擦导轨：在导轨面间有一定的动压效应，但相对滑动速度还不足以形成完全的压力油楔，导轨面仍处于直接接触状态，介于液体摩擦和干摩擦之间。大部分进给运动导轨属于此类型。按照受力情况又可分为闭式导轨和开式导轨，如图 2 所示。图图 2 导轨按导轨按受受力情况力情况分类分类形形式式M E 面 D 面 B 面 F F C 面 A 面 36 刘军胜 数控外圆磨床砂轮架闭式静压导轨的设计 如果作用力 F 不够大，又有一个较大的颠覆力矩 M 作用在运动部件上，此时必须增加压板以形成辅助导轨 C 面，才能保证主导轨 A 面，B 面良好接触，这种导轨称为闭式导轨。在外载荷和部件自重作用下，使两导轨在全长上保持贴合的叫做开式导轨。3 液体静压导轨（开式）的工作原理及特点 3 液体静压导轨（开式）的工作原理及特点 液体静压导轨（开式）的工作原理，如图 3 所示。开式静压导轨采用的是恒压供油系统，开式静压导轨通常将动导轨的面分成若干段，每段相当于一个独立的油垫，由油腔和封油面组成。来自油泵并经过过滤的压力为 Ps的油液，经节流器节流后压力降为 Pr进入运动部件导轨油腔，当油腔内的总压力升高到足以把运动部件导轨浮起时，运动部件导轨和床身导轨之间就被一层厚度为 h0的油 图图 3 开式静压导轨工作原理开式静压导轨工作原理 膜隔开，油腔中的油不断地穿过运动部件导轨各封油面和床身导轨的间隙流回油箱，压力降低至零。当运动部件导轨受到外载 W 的作用时，运动部件导轨向下产生一个位移，导轨间隙 h0变为h(hFF=证明该闭式静压导轨上下腔参数能够满足所用需求。7 结语 7 结语 下油腔油液流量：液体静压导轨以其无静摩擦、无磨损、无低速爬行现象和阻尼系数大等优点，在其机械运动中具有重要作用。随着更多机械产品向高精度方向发展，对机械产品结构的精度、刚性要求越来越高，而对于降低机械导轨运动所产生的磨损，提高导轨使用寿命及导轨精度更是成为研究导轨方面的重要部分，而液体静压导轨就能很好地解决磨损造成的精度降低这个问题。L/min 71 034.0/smm 9 850.5788 028.0303.0105.0709525255070310335305b2n22n2n22ncx+=+=hPLLBBBL Q 在此处可视润滑油为不可压缩的流体，所谓不可压缩流体是说流体的体积不因压力的变化而变化，那么流体的密度 就是一个常数，可按照流动液体连续性原理求出闭式静压导轨所需毛细管长度 lc（此处按照毛细管规格选用内径 dc=0.5 mm 的不锈钢毛细管）。随着我国的生产力及生产水平的不断提高，高精度机械产品被用于更多、更广泛的地方，静压导轨所涉及的范围也越来越广，静压导轨所需要的精度也越来越高。但是静压导轨在实际运用中还有很多不足的地方，有待今后不断地在实践中进行完善，提高静压导轨在实际中的运用水平，增强静压导轨在运行中的稳定性。上油腔毛细管长度：()()mm 166.448 028.0555.5871285.015.014.31284csbs4ccs=QPPdl参考文献 1 左旭芬.矩形静压导轨在数控凸轮磨床上的应用J.精密制造与自动化,2010(4):30-31.下油腔毛细管长度：2 陈佩江.液体静压导轨油膜厚度的控制方案J.制造技术与机床.2008(5):159-161.()()mm 831.448 028.09 850.5781285.015.014.31284cxbs4ccs=QPPdl3 王东锋.液体静压导轨及在设计中的应用研究J.液压气动与密封,2003(10):25-27.偏心率 为闭式静压导轨受载后，上下导轨间隙允许出现的偏差值，将偏心率 设为 0.01。4 徐文琴,孙英达.机床液体静压导轨油膜厚度确定的研究J.制造技术与机床,2009(6):56-57.那么上油腔允许压力偏差为：5 中国机械工程学会,中国机械设计大典编委会.中国机械设计大典M.江西科学技术出版社,2002.6 方键.机械结构设计(第一版)M.北京:化学工业出版社,2006.下油腔允许压力偏差为：7 钟洪,张冠坤.液体静压动静压轴承设计使用手册M.北京:电子工业出版社,2007.