重型落地銑鏜床靜壓導(dǎo)軌形式的分析

劉鵬博

摘 要：伴隨著工業(yè)4.0的全面升級，裝備制造行業(yè)也得到了飛速的發(fā)展，同時(shí)我國重型數(shù)控母機(jī)設(shè)備的制造能力得到了大幅的提升。我國自主研發(fā)、制造的世界鏜軸直徑最大的超重型落地銑鏜床：TK6932型超重型數(shù)控落地銑鏜床，不僅代表了我國重型母機(jī)設(shè)備的制造能力已經(jīng)達(dá)到世界頂級水平，也突破了特大零部件極限加工技術(shù)的瓶頸。為我國整體裝備制造水平的提升起到了推進(jìn)作用。本文將針對重型數(shù)控落地銑鏜床靜壓導(dǎo)軌形式進(jìn)行分析及闡述，希望可以提高大家對重型落地銑鏜床導(dǎo)軌形式的了解與認(rèn)識。

關(guān)鍵詞：重型機(jī)床；靜壓導(dǎo)軌；落地銑鏜床；機(jī)械制造

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.040

1 靜壓導(dǎo)軌的原理及特點(diǎn)

靜壓導(dǎo)軌是將一定量的油液利用外部供油系統(tǒng)的壓力輸入到兩導(dǎo)軌接觸面之間。伴隨著壓力油液的注入，導(dǎo)軌面之間會產(chǎn)生懸浮形成一定的壓力油膜。該處的壓力油膜將承載導(dǎo)軌間全部的載荷，使得兩導(dǎo)軌之間達(dá)到靜壓力平衡狀態(tài)。在機(jī)床設(shè)備正常工作的狀態(tài)下，導(dǎo)軌間的壓力油液不斷補(bǔ)充與外泄，使導(dǎo)軌間始終處于平衡與穩(wěn)定的狀態(tài)。如下圖所示：

靜壓導(dǎo)軌的特點(diǎn)：

（1）因?yàn)閮蓪?dǎo)軌面之間在形成壓力油膜之后不受工作速度的影響，因而工作狀態(tài)下導(dǎo)軌間的相對速度范圍較大，調(diào)速范圍較寬。

（2）機(jī)床設(shè)備在工作狀態(tài)下，兩導(dǎo)軌之間始終保持著壓力油膜，因此工作狀態(tài)下導(dǎo)軌間呈現(xiàn)懸浮狀態(tài)，兩導(dǎo)軌之間無接觸。進(jìn)而可以避免導(dǎo)軌的摩擦損耗，提高導(dǎo)軌的使用壽命，長期保證機(jī)床設(shè)備的穩(wěn)定性與精度。

（3）導(dǎo)軌間的壓力油膜始終被控制在固定厚度以內(nèi)，保持導(dǎo)軌間靜壓力平衡。因此油膜剛性較強(qiáng)，抗振能力突出，設(shè)備使用精度穩(wěn)定。

（4）根據(jù)機(jī)床設(shè)備的結(jié)構(gòu)分析與參數(shù)建模，可以很方便的計(jì)算出靜壓導(dǎo)軌間的承載壓力和油膜剛度，滿足設(shè)備使用條件。

（5）兩導(dǎo)軌間的靜壓油膜承載了導(dǎo)軌間全部載荷，在機(jī)床設(shè)備的安裝與調(diào)試階段通過控制供油壓力可以很方便的提高機(jī)床設(shè)備的制造精度，并且在日常維護(hù)當(dāng)中方便快捷。

2 重型落地銑鏜床恒壓靜壓導(dǎo)軌及恒流靜壓導(dǎo)軌的分析

重型落地銑鏜床恒壓靜壓導(dǎo)軌的特點(diǎn)：

（1）壓力油液通過一條管路，分布到各個(gè)靜壓供油點(diǎn)。

（2）各個(gè)靜壓供油點(diǎn)通過螺旋阻尼裝置調(diào)整各自供油點(diǎn)的靜壓力值，數(shù)值顯示在各供油點(diǎn)的壓力表上面。

（3）各個(gè)靜壓供油點(diǎn)獨(dú)立供油、獨(dú)立調(diào)整，維護(hù)方便，調(diào)整便

捷。

（4）靜壓導(dǎo)軌的一條導(dǎo)軌上貼附鋅基耐磨合金導(dǎo)軌板，在裝配調(diào)整及日后維護(hù)、維修時(shí)，可以通過刮研、加修或者更換合金導(dǎo)軌板的方式達(dá)到使用要求。

（5）恒壓靜壓導(dǎo)軌間的油液流量變化，油液壓力固定，油膜的厚度在加工作業(yè)過程中未發(fā)生改變。

（6）恒壓靜壓導(dǎo)軌可以通過補(bǔ)償系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制各個(gè)靜壓油腔，并且綜合補(bǔ)償機(jī)床各部位。

（7）恒壓靜壓導(dǎo)軌的各個(gè)靜壓油腔的分布類似于毛細(xì)血管的形式。在各別靜壓油腔出現(xiàn)塞堵的情況下，整個(gè)靜壓油膜的壓力值通過調(diào)整不會改變，只要更換塞堵油腔的獨(dú)立油管就可以恢復(fù)故障，操作簡單，維護(hù)方便。

重型落地銑鏜床恒流靜壓導(dǎo)軌的問題：

（1）恒流靜壓導(dǎo)軌的靜壓油膜形成過程是靠多頭泵供油實(shí)現(xiàn)的。恒流靜壓導(dǎo)軌的基礎(chǔ)是各個(gè)油液輸出點(diǎn)的流量一致和靜壓油膜的厚度一致。而實(shí)際多頭泵國外最好的流量差為5%，國內(nèi)的10-15%，在流量很小的情況下，這樣的流量差是不允許的；油膜的厚度決定于導(dǎo)軌的平面度和直線度，現(xiàn)有的制造水平嚴(yán)重影響恒流油膜的厚度一致性。以上兩點(diǎn)導(dǎo)致計(jì)算的理論基礎(chǔ)出現(xiàn)問題，在精度要求不高的情況下，是可用的，在精度要求很高的臥式銑鏜床上并不適用。這說明恒流靜壓導(dǎo)軌的性能決定于結(jié)構(gòu)和制造水平，在制造水平一定的情況下，如果有優(yōu)選的話，盡量避免使用恒流靜壓導(dǎo)軌。

（2）重型落地銑鏜床滑枕補(bǔ)償問題，恒流靜壓導(dǎo)軌無法實(shí)現(xiàn)。而恒壓靜壓導(dǎo)軌能夠?qū)崿F(xiàn)導(dǎo)軌補(bǔ)償。

（3）恒流靜壓導(dǎo)軌元件確定后，不可以調(diào)整，這在控制上是不能容忍的。例如流量、油膜厚度等，不能根據(jù)受力的不同而調(diào)整。

（4）導(dǎo)軌磨損后，恒流靜壓導(dǎo)軌通過改變油膜的厚度之后將直接影響其剛度，修復(fù)也很復(fù)雜。

（5）導(dǎo)軌采用多頭泵的結(jié)構(gòu)（即一個(gè)泵分出很多壓力輸出點(diǎn)），當(dāng)其中有一個(gè)輸出點(diǎn)堵塞時(shí)，需更換該多頭泵或?qū)⒃摱囝^泵拆下清洗，維護(hù)難度大，維護(hù)成本高。

歸納一下：恒流靜壓導(dǎo)軌的性能決定于元件的精度，而目前制造水平的限制，無法達(dá)到設(shè)計(jì)的理想狀態(tài)，實(shí)際的精度又不可以調(diào)整，因此在要求精度較高的臥式銑鏜床上，在選擇導(dǎo)軌方式的時(shí)候，盡量避免這樣的狀況。

3 兩種形式靜壓導(dǎo)軌在重型機(jī)床的應(yīng)用及總結(jié)

兩種靜壓形式的導(dǎo)軌，恒壓靜壓導(dǎo)軌和恒流靜壓導(dǎo)軌不存在剛性優(yōu)劣的問題。恒流與恒壓都是上世紀(jì)六十年左右的技術(shù)，是靜壓技術(shù)的兩大流派，不存在誰好誰不好，只是適應(yīng)不同的結(jié)構(gòu)，龍門、立車等這種載荷變化很大的機(jī)床適合用恒流，因?yàn)閴毫﹄S外載荷的變化而變化，國外機(jī)床企業(yè)生產(chǎn)龍門、立車的廠家用恒流結(jié)構(gòu)；恒壓適用于外載荷無變化或變化很小的機(jī)床結(jié)構(gòu).如銑鏜床，國外帕瑪、斯柯達(dá)、茵塞等生產(chǎn)銑鏜的老牌廠家都用這種結(jié)構(gòu)。恒壓靜壓導(dǎo)軌是目前在重型落地銑鏜床上普遍采用的靜壓導(dǎo)軌技術(shù)，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，技術(shù)非常成熟，選擇一種既能能滿足剛性要求、動(dòng)態(tài)性能，還要能夠調(diào)整的靜壓導(dǎo)軌方式，明顯恒壓靜壓導(dǎo)軌更勝一籌。