靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)形式的選擇

靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)形式的選擇

在重型床上的設(shè)計中，由于傳動部分的重量較大且容易彎曲，因此通常使用靜壓軌道來取代普通軌道。1靜壓部分主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計靜壓導(dǎo)軌是在兩個相對運動的導(dǎo)軌面間通入壓力油,使運動件浮起,工作過程中油膜壓力隨外載荷變化而變化,以平衡作用在導(dǎo)軌上的外負(fù)載,在不同速度(包括靜止)下都能保證導(dǎo)軌面間始終處于純液體摩擦狀態(tài),從而大大減小了兩導(dǎo)軌面作相對運動時的摩擦阻力,減小了拖動導(dǎo)軌運動時的動力消耗,并具有很高的運動精度。靜壓導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式分為單邊式靜壓導(dǎo)軌、對稱式靜壓導(dǎo)軌(如圖1和圖2)。單邊式靜壓導(dǎo)軌一般承受垂直的單向負(fù)荷,其負(fù)荷的方向只能朝油膜厚度減少的方向;對稱式靜壓導(dǎo)軌能承受雙向的垂直負(fù)荷,其油膜剛度比單邊式的好,但制造較復(fù)雜。還有一種對稱式靜壓導(dǎo)軌,除了支承工作臺垂直方向的負(fù)荷外,又能承受側(cè)面方向的負(fù)荷(如圖3)。2靜壓部分的油腔設(shè)置一個完整的靜壓導(dǎo)軌系統(tǒng),還應(yīng)有動力源及節(jié)流等裝置(如圖4)。當(dāng)油泵2啟動,液壓油從濾油器1吸入,使用溢流閥3調(diào)節(jié)供油壓力P,壓力油再經(jīng)精密濾油器4過濾后,經(jīng)節(jié)流閥組5進入各油腔,各油腔壓力分別為P1、P2、P3。靜壓導(dǎo)軌在相同油腔壓力下負(fù)載容量會因面積系數(shù)值增大而變大,用摩擦動力消耗的觀點來看,縮小油封寬度可降低摩擦阻力,然而油封寬度太窄會使承載臺因工作臺重壓而產(chǎn)生塑性變形,所以油腔的面積與油封寬度必須選擇適當(dāng)。常用的油腔結(jié)構(gòu)形式分為溝槽式(見圖5)、島式和全腔式(見圖6)。圖中B是導(dǎo)軌寬度,m是油腔長度,C是油封寬度,A是油腔寬度,h是油腔深度,L是單一油區(qū)長度。溝槽式油腔由供油溝組成,用于寬度較小的導(dǎo)軌,當(dāng)導(dǎo)軌寬度較大時選用其他形式的油腔。島式又可分為半島式(見圖7)、單島式(見圖8)和雙島式(見圖9)。靜壓導(dǎo)軌的油腔數(shù)目主要取決于導(dǎo)軌長度、負(fù)載分布情況及機床工作臺、床身等支承部件的剛度。選擇原則如下:a.為了使油膜均勻分布,每條導(dǎo)軌面在其長度方向的油腔數(shù)目不得少于2個;b.移動部件(如工作臺)的導(dǎo)軌長度在2米以下時,油腔數(shù)目可取2～4個;c.移動部件的導(dǎo)軌長度大于2米以上時,油腔數(shù)目一般不超過5～6個,每個油腔長度為0.5～1.5米。當(dāng)載荷分布均勻,機床剛度較高時,油腔長度可取長些,相應(yīng)油腔數(shù)目可取少些;反之,當(dāng)載荷分布不均勻,機床剛度較低時,油腔長度可取短些,數(shù)目可取多些,以提高導(dǎo)軌受偏的能力。設(shè)計靜壓油腔時,若靜壓導(dǎo)軌往復(fù)運動,油腔應(yīng)設(shè)在運動的導(dǎo)軌上,而不能設(shè)在支承導(dǎo)軌上,否則當(dāng)工作臺移動時,就會使油腔暴露出來,與大氣壓相同而失效。若由于結(jié)構(gòu)限制必須將靜壓油腔設(shè)在支承導(dǎo)軌上,就要加裝檢測裝置,或限制工作臺移動范圍,以免油腔暴露出來而失去承載能力。還有導(dǎo)軌上各油腔的油封寬度N應(yīng)大于B-A后的數(shù)值,否則就要用橫向油溝隔開(如圖10),以免油腔間產(chǎn)生竄油而使導(dǎo)軌不易調(diào)整。導(dǎo)軌間隙越小,所需的流量也越小,則油膜剛度越大,油泵消耗功率也會變小,因此,導(dǎo)軌的油膜厚度應(yīng)盡量薄一些,但由于受到加工精度、表面粗糙度、機床各部零件剛度與節(jié)流器最小節(jié)流尺寸的限制,油膜厚度又不能取得太小,至少應(yīng)大于導(dǎo)軌面的幾何總誤差,包括平面度、扭曲度、平行度等,否則不能實現(xiàn)純液體摩擦,對于重型機床,油膜厚度一般建議為0.03～0.08毫米。3靜壓金屬更加符合機床抗振性能的特點靜壓導(dǎo)軌的優(yōu)點很多,主要有以下幾項:a.靜壓導(dǎo)軌由于處于完全油膜的純液體摩擦狀態(tài),摩擦系數(shù)很低(約0.0005),驅(qū)動功率可大幅度降低;b.靜壓導(dǎo)軌的運動不受負(fù)荷和速度的限制,低速運動時平穩(wěn)性好,不會出現(xiàn)爬行現(xiàn)象;c.液壓摩擦的導(dǎo)軌,不易產(chǎn)生磨損,因此可以長期保持導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度,提高導(dǎo)軌的使用壽命;d.液壓油具有振動吸收能力,使機床抗振性能良好;e.靜壓導(dǎo)軌的承載能力大,剛度大;f.靜壓導(dǎo)軌的摩擦熱量小,導(dǎo)軌溫升及熱變形小,可以提高機床的加工精度。靜壓導(dǎo)軌的缺點如下:a.靜壓導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,且需一套供給油壓設(shè)備,因此機床的成本就會提高;b.靜壓導(dǎo)軌的油膜厚度比較難以保持恒定。4靜壓治療dg如圖11所示,為重型機床上經(jīng)常采用的單邊式靜壓導(dǎo)軌。其工作臺的自重為G,當(dāng)油腔內(nèi)充滿液壓油時,工作臺浮起,形成最初間隙H,使工作臺與床身間有一層油膜隔離,這時油腔內(nèi)的壓力為P。當(dāng)工作臺受到外負(fù)荷W的作用下,按外負(fù)荷W的作用方向移動一距離E,使導(dǎo)軌與床身間的間隙變小為h,油腔內(nèi)的壓力增高至Q,以抵抗外負(fù)荷W而保持工作臺處于受力平衡狀態(tài),導(dǎo)軌移動時處于液體摩擦狀態(tài)下工作。如圖12所示,為對稱式靜壓導(dǎo)軌。它以薄膜反饋為節(jié)流閥,當(dāng)無外加負(fù)荷時,壓力油P經(jīng)節(jié)流閥進入導(dǎo)軌的上下油腔,其相對的壓力分別為P1和P2,每個油腔都形成一個獨立的液壓支撐點,液壓油的的壓力作用在工作臺上。當(dāng)壓力差(P1-P2)的作用克服了工作臺的自重,工作臺呈懸浮狀態(tài),其最初間隙分別為H1和H2。當(dāng)工作臺受到外負(fù)荷W的作用下而下沉,此時導(dǎo)軌上油腔間隙減少為h1(h1<H1),導(dǎo)軌下油腔間隙增大為h2(h2>H2)。由于上導(dǎo)軌間隙減少,使回油阻力增大,上油腔內(nèi)壓力增大為Q1(Q1>P1);相反由于下導(dǎo)軌間隙增大,使回油阻力減小,下油腔內(nèi)壓力減小為Q2(Q2<P2)。壓力差(Q1-Q2)便產(chǎn)生平衡外負(fù)荷W的作用。對于具有可變節(jié)流閥的靜壓導(dǎo)軌,當(dāng)壓力P1上升及P2下降時,也改變與導(dǎo)軌上下油腔相連接的節(jié)流閥的壓力分布,即膜片上半部壓力升高,下半部壓力下降,彈性膜片在此壓力差(Q1-Q2)的作用下便向下凹,于是節(jié)流閥上油腔的節(jié)流間隙L1增大,下油腔的節(jié)流間隙L2減小,促使進入導(dǎo)軌上油腔的節(jié)流阻力進一步減小,進入導(dǎo)軌下油腔的節(jié)流阻力進一步增大。這一反饋作用使工作臺為了克服外負(fù)荷W而產(chǎn)生的下降距離減少,保證工作臺在接近原來的平衡位置附近,建立新的油壓平衡。5提高加工精度通過應(yīng)用靜