淺談石材機(jī)械中靜壓導(dǎo)軌的應(yīng)用

【摘要】石材機(jī)械中導(dǎo)軌是石材機(jī)械關(guān)鍵的運(yùn)動(dòng)零部件之一，直接影響石材機(jī)械的工作性能，使用壽命以及石材表面的加工質(zhì)量，本文分析了石材機(jī)械設(shè)計(jì)制造常用的幾種導(dǎo)軌，著重介紹靜壓導(dǎo)軌，并探討了在制造和使用中應(yīng)注意的問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】靜壓導(dǎo)軌；石材機(jī)械；加工質(zhì)量

1.導(dǎo)軌的基本要求

在石材機(jī)械中，導(dǎo)軌是主機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)精度的關(guān)鍵，起到導(dǎo)向和承載作用，必須具有足夠的強(qiáng)度能安全支承主機(jī)；在運(yùn)行工作時(shí)阻力小，保證主機(jī)準(zhǔn)確地進(jìn)行來(lái)回的運(yùn)動(dòng)；同時(shí)還必須耐用，維修方便。

導(dǎo)軌是由兩部分構(gòu)成：一部分在工作時(shí)固定不動(dòng)，通常稱為支承導(dǎo)軌，一般把支承導(dǎo)軌和機(jī)器的底座做成一體，支承牢固可靠。另一部分相對(duì)于支承導(dǎo)軌作直線往返運(yùn)動(dòng)，通常稱為動(dòng)導(dǎo)軌。由于導(dǎo)軌是承載的運(yùn)動(dòng)件，對(duì)導(dǎo)軌的基本要求有：導(dǎo)向精度和耐磨性，疲勞強(qiáng)度和壓潰、剛度、承載能力平穩(wěn)和工藝結(jié)構(gòu)性等。

1.1導(dǎo)向精度

導(dǎo)向精度主要是指動(dòng)導(dǎo)軌沿支承導(dǎo)軌做直線運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確程度。導(dǎo)向精度的高低，主要取決于導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)類型；導(dǎo)軌的幾何精度和接觸精度；導(dǎo)軌的配合間隙、裝配質(zhì)量和結(jié)構(gòu)形式，油膜厚度和油膜剛度；導(dǎo)軌和基礎(chǔ)件的剛度和熱變形等。

1.2耐磨性

是指導(dǎo)軌在長(zhǎng)期使用過(guò)程中能否保持一定的導(dǎo)向精度。導(dǎo)軌的耐磨性主要取決于導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)、材料、摩擦性質(zhì)、表面粗糙度于表面硬度、受力情況等。因?qū)к壴诠ぷ鬟^(guò)程中難免有所磨損，所以應(yīng)力求減少磨損量，并在磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償或便于調(diào)整。提高導(dǎo)軌的耐磨性，需采用獨(dú)立的潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行正確的潤(rùn)滑與保護(hù)。

1.3疲勞與壓潰

由于過(guò)載或接觸應(yīng)力不均勻，導(dǎo)軌面將產(chǎn)生彈性變形形成疲勞點(diǎn)，表面形成龜裂、剝落而出現(xiàn)凹坑，這種現(xiàn)象就是壓潰。疲勞和壓潰是滾動(dòng)導(dǎo)軌失效的主要形式。為此應(yīng)控制滾動(dòng)導(dǎo)軌承受的最大載荷和承受的均勻性。

1.4剛度

剛度體現(xiàn)抵抗載荷的能力，通常將抵抗恒定載荷的能力稱為靜剛度，而稱抵抗交變載荷的能力為動(dòng)剛度。導(dǎo)軌剛度的不足，將影響部件之間的相對(duì)位置精度和導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度，使導(dǎo)軌面上的比壓分布不均勻，加劇導(dǎo)軌的磨損。

1.5低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性與結(jié)構(gòu)工藝性

導(dǎo)軌在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，作為運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)導(dǎo)軌易產(chǎn)生“爬行現(xiàn)象”。爬行的產(chǎn)生與導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑，動(dòng)、靜摩擦因數(shù)的差值，以及導(dǎo)軌的剛度等有關(guān)，動(dòng)、靜摩擦力差值越大、傳動(dòng)系統(tǒng)剛度越差以及運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量越大，越容易產(chǎn)生爬行。對(duì)于一個(gè)特定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，只有當(dāng)速度低于某一數(shù)值時(shí)，機(jī)器才會(huì)出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，這一速度稱為不發(fā)生爬行的臨界速度Vk。爬行現(xiàn)象的產(chǎn)生會(huì)嚴(yán)重影響石材表面的加工質(zhì)量。

2.導(dǎo)軌的分類、比較

2.1導(dǎo)軌分類

根據(jù)導(dǎo)軌的摩擦性質(zhì)，通常把導(dǎo)軌分為：滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌。其中滑動(dòng)導(dǎo)軌根據(jù)結(jié)構(gòu)形式又可分為：混合摩擦導(dǎo)軌、邊界摩擦導(dǎo)軌、液體動(dòng)壓導(dǎo)軌、液體靜壓導(dǎo)軌以及液體動(dòng)靜壓導(dǎo)軌。

2.2滾動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn)及裝配要求

滾動(dòng)導(dǎo)軌是兩導(dǎo)向面之間放置滾珠、滾柱或滾針等滾動(dòng)體來(lái)實(shí)現(xiàn)兩導(dǎo)軌無(wú)滑動(dòng)地進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)，兩導(dǎo)軌表面之間為滾動(dòng)摩擦。這種導(dǎo)軌磨損較小，因而導(dǎo)軌的壽命長(zhǎng)，定位精度高，靈敏度高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，抗振性較差。對(duì)于石材機(jī)械，尤其是切石機(jī)，工作環(huán)境較差，灰塵多，負(fù)載重且?guī)в袥_擊，使用滾動(dòng)軸承有一定的局限。

滾動(dòng)導(dǎo)軌的滾動(dòng)體基本上有三種：滾珠式、滾柱式和滾針式，它們共同特點(diǎn)是：動(dòng)靜摩擦因數(shù)基本相同，啟動(dòng)阻力小，因此不會(huì)產(chǎn)生爬行，且低速運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定性好；定位精度高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，微量移動(dòng)準(zhǔn)確，能夠保證滾動(dòng)導(dǎo)軌具有較高的定位剛度；在預(yù)緊的情況下，能夠提高剛度和抗振性，并能夠承受較大的沖擊和振動(dòng)。由于滾道機(jī)械加工的誤差以及滾動(dòng)體制造成的誤差，即使在預(yù)緊的情況下，也難以做到所有的滾動(dòng)體與滾道表面都能接觸，造成受力不均，磨損不一。潤(rùn)滑情況不好時(shí)更易造成磨損和壓潰。

2.3滑動(dòng)導(dǎo)軌特點(diǎn)及裝配要求

①金屬面導(dǎo)軌，由于啟動(dòng)阻力大，容易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，而且低速運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定性差，對(duì)于低速重載的機(jī)械系統(tǒng)這些缺點(diǎn)表現(xiàn)更為明顯。另外這種導(dǎo)軌一般采用注油方式進(jìn)行潤(rùn)滑，潤(rùn)滑效果不是很理想，導(dǎo)軌在磨損后修復(fù)困難。因此，在較為精密的設(shè)備中很少使用。

②塑料導(dǎo)軌使用中一般是鑲在金屬導(dǎo)軌面上使用的，具有摩擦因數(shù)低，而且動(dòng)、靜摩擦因數(shù)比較接近，可在無(wú)潤(rùn)滑的情況下進(jìn)行工作，吸振性好；磨損后維修方便。但其缺點(diǎn)是耐熱及導(dǎo)熱性較差，且熱脹系數(shù)比金屬要大，工藝上通過(guò)設(shè)計(jì)制作較薄的塑料層也能較好的解決這一問(wèn)題，所以塑料導(dǎo)軌目前使用較為廣泛。

③液體靜壓導(dǎo)軌：液體靜壓導(dǎo)軌是在導(dǎo)軌面上設(shè)計(jì)并加工一系列油腔，工作時(shí)油腔中通人一定壓力的壓力油使動(dòng)導(dǎo)軌浮起，油腔中的油壓隨外載荷的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而保證導(dǎo)軌面間始終處于純液體潤(rùn)滑狀態(tài)，而且具有自動(dòng)調(diào)節(jié)偏心負(fù)載的作用。靜壓導(dǎo)軌在大負(fù)荷、低速時(shí)其工作性能非常優(yōu)越。

石材機(jī)械中使用的靜壓導(dǎo)軌一般是在動(dòng)導(dǎo)軌上加工油腔，油腔加人壓力油，使得動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦面之間產(chǎn)生一個(gè)與主機(jī)負(fù)載（動(dòng)導(dǎo)軌負(fù)載）相反的力，當(dāng)這個(gè)所加的力與主機(jī)負(fù)載相平衡，導(dǎo)軌摩擦面之間就形成了一層油膜，使導(dǎo)軌接觸面完全不接觸。當(dāng)所加的壓力油產(chǎn)生的液壓反力小于主機(jī)負(fù)載，導(dǎo)致不足以支承主機(jī)負(fù)載時(shí)，導(dǎo)軌面之間不能形成油膜使導(dǎo)軌面完全脫離接觸，但由于導(dǎo)軌面之間的粗糙度可以滲人油液，起到潤(rùn)滑作用，仍然可以大大減少導(dǎo)軌之間的摩擦力，改善導(dǎo)軌的工作條件。液體靜壓導(dǎo)軌按照導(dǎo)軌面的摩擦狀況分為完全平衡型靜壓導(dǎo)軌和不完全型靜壓導(dǎo)軌。對(duì)于完全平衡型靜壓導(dǎo)軌，導(dǎo)軌面之間形成油膜，導(dǎo)軌面之間摩擦力很小，可以避免導(dǎo)軌面的磨損，延長(zhǎng)導(dǎo)軌的使用壽命，而且工作可靠。

④靜壓導(dǎo)軌具有以下的特點(diǎn)：

（a）摩擦因數(shù)極小，一般情況下，摩擦因數(shù)不超過(guò)2x10-3。

（b）油膜厚度幾乎不受速度的影響，即使在速度極低的情況下，導(dǎo)軌也不會(huì)產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。

（c）由于油液幾乎不可壓縮，油液的彈性系數(shù)非常高，即油膜剛度高，抗振性能好。

（d）由于油液幾乎不可壓縮，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，保證工作的可靠性。

（e）缺點(diǎn)是由于存在一定的泄漏，使用中需要增加一套獨(dú)立的供油系統(tǒng)，對(duì)油液的清潔度要求較高，另外石材機(jī)械工作環(huán)境比較差，灰塵多，容易污染供油系統(tǒng)。因此在石材機(jī)械導(dǎo)軌設(shè)計(jì)制造時(shí)，必須考慮導(dǎo)軌和供油系統(tǒng)的密封，防止外物侵人，同時(shí)油路中還要有良好的過(guò)濾裝置，這是由于外物的侵人會(huì)造成管路的堵塞，閥芯工作不正常，系統(tǒng)供油不穩(wěn)定，加劇導(dǎo)軌和液壓件的磨損。

從以上靜壓導(dǎo)軌的特點(diǎn)來(lái)看，如果能解決靜壓導(dǎo)軌在使用中的不利條件，在中大型石材機(jī)械裝備中，使用靜壓導(dǎo)軌具有很多優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)該大有可為。

3.系統(tǒng)的防塵

油液中顆粒的存在，會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)軌的磨損，同時(shí)也會(huì)增加油膜厚度，降低油膜的剛度。導(dǎo)軌上防塵裝置的設(shè)計(jì)，必須能完全隔離外物的浸人，保證油液的清潔。

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