本文介紹了1.6米精密圓臺(tái)立磨中工作靜壓導(dǎo)軌供油方案的確定,恒流靜壓導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)與計(jì)算跌蛔。

1 引言

對(duì)于精密圓臺(tái)立式磨床來(lái)說(shuō),要保證磨削工件的大平面粗糙度低例吹、精度高,除了要求磨頭好以外,還要求工作臺(tái)的工作性能要好蒲坐。目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的φ1.6米精密圓臺(tái)立式磨床中,工作臺(tái)導(dǎo)軌基本上采用滾動(dòng)導(dǎo)軌,經(jīng)調(diào)查,滾動(dòng)體磨損后高精度易于喪失,抗振能力不強(qiáng),在磨削高精度的大平面時(shí),粗糙度值也不理想竿刁。而靜壓導(dǎo)軌與它比較,具有更小的摩擦阻力,使用壽命長(zhǎng),動(dòng)態(tài)特性好,運(yùn)動(dòng)剛度好,有一定的吸振能力,運(yùn)動(dòng)精度高。滾動(dòng)導(dǎo)軌難于與靜壓導(dǎo)軌媲美,且國(guó)產(chǎn)靜壓系統(tǒng)與進(jìn)口大型特級(jí)平面滾動(dòng)軸承在價(jià)格上也相差不大搪缨。因此,我們?cè)谘兄痞?.6米精密圓臺(tái)立磨(該項(xiàng)目為原機(jī)械工業(yè)部1997年機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目)中采用了靜壓導(dǎo)軌,效果好食拜。下面對(duì)本課題中靜壓導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)作一介紹鸵熟。

2 靜壓導(dǎo)軌供油方式的確定

就供油方式而言,液體靜壓導(dǎo)軌目前分為恒壓和恒流供油兩大類(lèi)。近年來(lái)德國(guó)负甸、日本流强、美國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)的機(jī)床,對(duì)液體靜壓導(dǎo)軌的供油方式,不是千篇一律采用某種方式,有采用恒流供油方式,也有采用恒壓供油方式,這樣做有可能取決于傳習(xí)慣和供油系統(tǒng)的輔助件研制過(guò)關(guān)與否而定。

圖1所示為每?jī)蓚€(gè)油腔共用一個(gè)節(jié)流器,油泵供油壓力用溢流閥調(diào)整,始終將壓力控制在某個(gè)合理數(shù)值上,即所謂恒壓式,圖2所示為每個(gè)油腔均有一個(gè)油泵全流量供油,即所謂恒流式,兩種供油方式比較如下:

圖1

圖2

(1)由于工作重量不均,基礎(chǔ)件剛度有限,卡緊力引起局部變形,以及欲想基礎(chǔ)件加工精度呻待、粗糙度和安裝調(diào)試要求特高和穩(wěn)定,均難達(dá)到打月。由此導(dǎo)軌上各個(gè)油腔壓力不可能均勻,若某個(gè)油腔達(dá)到或接近一定的油泵壓力時(shí),靜壓就無(wú)法建立。采用恒流導(dǎo)軌沒(méi)有溢流閥,只要有足夠的流量,就能夠保持導(dǎo)軌之間脫離接觸,形成純液體摩擦蚕捉。該系統(tǒng)的壓力儲(chǔ)備大,過(guò)載能力強(qiáng)奏篙。

(2)由于外界飛揚(yáng)塵埃,運(yùn)轉(zhuǎn)中某些剝離下金屬,油中析出的雜質(zhì),以及基礎(chǔ)件內(nèi)腔中某些殘存臟物會(huì)使油污染,節(jié)流器一旦被堵塞,恒壓導(dǎo)軌的油腔失壓,破壞了靜壓。若采用恒流靜壓,無(wú)節(jié)流器,即無(wú)堵塞現(xiàn)象發(fā)生,工作安全可靠性高,但潤(rùn)滑油仍需精密過(guò)濾,以防研傷導(dǎo)軌鱼冀。

(3)恒壓式油泵供油壓力高于油腔壓力時(shí),即通過(guò)節(jié)流器產(chǎn)生壓力降,有壓力降就會(huì)有熱量產(chǎn)生,要維持供油壓力,溢液閥一定要溢流,該部分溢流既消耗功率,又產(chǎn)生熱量,結(jié)果油溫升高,導(dǎo)致機(jī)床熱變形大,降低機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度,甚至于還有可能使靜壓導(dǎo)軌不能正常工作报破。

(4)就油膜剛度而言,恒流靜壓系統(tǒng)所具有的剛度,比恒靜壓系統(tǒng)中有反饋節(jié)流系統(tǒng)要差一些,但比有固定節(jié)流系統(tǒng)要好得多。

根據(jù)上述二者之利弊,目前選擇恒流供油方式是比較合理的柔睡。同時(shí)基于湖北某機(jī)床廠二十多年采用恒流靜壓導(dǎo)軌的機(jī)床,無(wú)一因供油方式而產(chǎn)生故障烘梭。因此本磨床液體靜壓導(dǎo)軌的供油采用湖北某機(jī)床廠現(xiàn)行生產(chǎn)的1WZS04型十個(gè)頭恒流量分油器,其原理圖見(jiàn)圖3。恒流量分油器的工作原理棺莱、工作性能和參數(shù),以及工作安全性,在此不作敘述螺子。

1—電動(dòng)機(jī) 2—飛輪 3—精濾器 4—變量泵 5—精濾器

6—溢流閥 7—恒流量分油器 8—壓力繼電器

9—壓力表 10—底座油腔 11—工作臺(tái)

圖3

3 靜壓導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)與計(jì)算

(1)1.6米圓臺(tái)立式磨床的工作臺(tái)與底座設(shè)計(jì)主要技術(shù)參數(shù)

①工作臺(tái)直徑:1600mm

②工作臺(tái)轉(zhuǎn)速:0.8～32r/min

③最大磨削直徑:1800mm

④工作臺(tái)重量:W1＝18kN

⑤工作臺(tái)上磁吸盤(pán)重量:W2＝12kN

⑥工件最大重量:W3＝60kN

(2)液體靜壓導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)

如圖4所示,導(dǎo)軌外徑為1200mm,內(nèi)徑為1000mm,均布十個(gè)油腔,每個(gè)油腔除外周回油外,還設(shè)置徑向回油槽,徑向回油槽作用有二,既可作內(nèi)周回油道,又可作油腔之間斷壓槽用,以免壓力互相干擾。內(nèi)外有一道高1.5mm圍墻,使導(dǎo)軌始終泡在潤(rùn)滑油中工作,以免在回轉(zhuǎn)時(shí)將空氣帶入油腔而失壓,若油路系統(tǒng)發(fā)生故障,突然停車(chē),導(dǎo)軌間仍保持有油潤(rùn)滑,不會(huì)產(chǎn)生干摩擦陕券。油腔開(kāi)在底座上,工作臺(tái)導(dǎo)軌鑲有鋅鋁銅合金導(dǎo)軌板,為了液體靜壓導(dǎo)軌預(yù)載,工作臺(tái)至導(dǎo)軌處高375mm,使其承受剛度是足夠的偏笋。

(3)液體靜壓導(dǎo)軌計(jì)算

①油腔壓力計(jì)算

油腔尺寸如圖5所示,虛線(xiàn)表示每個(gè)油腔承受壓力的有效面積Ae:

圖4

圖5

空載時(shí)一個(gè)油腔壓力:

滿(mǎn)載時(shí)一個(gè)油腔壓力:

②靜壓導(dǎo)軌機(jī)械油的選擇

眾所周知,機(jī)械潤(rùn)滑油的動(dòng)力粘度與溫度有關(guān),如果粘度隨溫差變化大,則流量的變化大

,這對(duì)恒流靜壓導(dǎo)軌很不利,需要經(jīng)常調(diào)整變量泵。下面通過(guò)查手冊(cè)取二種機(jī)械潤(rùn)滑油的動(dòng)力

粘度進(jìn)行比較欧舒。

10#機(jī)械潤(rùn)滑油:

μ10℃=44.64×10-3Pa·s,μ40℃=14．29×10-3Pa·s

30#機(jī)械潤(rùn)滑油:

μ10℃=250×10-3Pa·s,μ40℃=42×10-3Pa·s

由上可知,10#機(jī)械潤(rùn)滑油μ10℃/μ40℃＝3.124倍,30#機(jī)械潤(rùn)滑油:μ10℃/μ40℃＝5.952倍,顯然,10#機(jī)械潤(rùn)滑油的動(dòng)力粘度隨溫差變化量小莱艺。因此,選用10#機(jī)械潤(rùn)滑油。

③油腔流量計(jì)算:

Q＝pλh3/(12μ)

p——油腔壓力(Pa);

h——油膜厚度(m)阐拭；

λ——節(jié)流邊系數(shù)榄集；

μ——潤(rùn)滑油動(dòng)力粘度(Pa·s)。

取h＝9×10-5m掺厦。

10℃時(shí)滿(mǎn)載的總流量:

Qεμ10℃＝10Qμ40℃＝6L/min

40℃時(shí)滿(mǎn)載的總流量:

Qεμ40℃＝10Qμ40℃＝19L/min

選用YBX型變量泵供油,額定流量為25L/min苗率。根據(jù)油膜剪切消耗功率計(jì)算,若貯油箱容量選用大于600L,則油液溫升只在≤20℃左右,足以保持安全可靠工作。

④油膜的剪切功率計(jì)算:

當(dāng)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)時(shí),油在導(dǎo)軌間受剪切,必須消耗功率聚谁。由于液體靜壓導(dǎo)軌無(wú)直接金屬接觸,也就無(wú)摩擦損失母剥。因此,只有工作臺(tái)導(dǎo)軌與底座導(dǎo)軌的相對(duì)速度,使油受剪切,其剪切力大小與潤(rùn)滑油動(dòng)力粘度、面積形导、相對(duì)速度成正比,與間隙成反比,其公式:

F'＝μAv／h

剪切力矩: M＝F'r

剪切所消耗功率:N＝1.075×10-7μΑr2n2/h

式中:A——底座上的靜壓導(dǎo)軌與工作臺(tái)導(dǎo)軌實(shí)際接觸面積(油腔环疼、徑向回油槽不計(jì)算在內(nèi)),A＝(602-56．62+53．42-502)π+3．2×3．4×2×10-5×10×10＝2066．32cm2＝2.06632×10-1m2；

r——導(dǎo)軌寬度的幾何中心到導(dǎo)軌圓心O的半徑,r=(60-50)÷2+50=55cm=0.55m朵耕；

n——工作臺(tái)最高轉(zhuǎn)速(r/min)炫隶。

⑤油膜剛度計(jì)算:

J＝F／e

式中:F——載荷

e——從原始載荷狀態(tài)開(kāi)始計(jì)算的位移量

F＝W1+W2+W3＝90000N

e=0～h=0～9×10-5m=0～90μ

∴Jmin＝90000／90＝1000N／μ

4 結(jié)束語(yǔ)

由于靜壓導(dǎo)軌具有一系列的特點(diǎn),加之又采用了恒流量供油方式,所以使得磨床的摩擦阻力小,工作可靠,動(dòng)態(tài)特性好,抗振性強(qiáng),運(yùn)動(dòng)剛度好,運(yùn)動(dòng)精度高,從而磨削工件精度高序愚。

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