重型龍門導(dǎo)軌靜壓技術(shù)

李 寧

（沈陽機床 中捷機床有限公司 遼寧 沈陽 110141）

1 靜壓導(dǎo)軌的分類

按結(jié)構(gòu)形式分為：開式靜壓導(dǎo)軌和閉式靜壓導(dǎo)軌

開式靜壓導(dǎo)軌：壓力油經(jīng)節(jié)流器進(jìn)入導(dǎo)軌的各個油腔，使運動部件浮起，導(dǎo)軌面被油膜隔開，油腔中的油不斷地通過封油邊而流回油箱。當(dāng)動導(dǎo)軌受到外載荷作用向下產(chǎn)生一個位移時，導(dǎo)軌間隙變小，增加了回油阻力，使油腔中的油壓升高，以平衡外載荷。

閉式靜壓導(dǎo)軌：在上、下導(dǎo)軌面上都開有油腔，可以承受雙向外載荷，保證運動部件工作平穩(wěn)。

按供油情況分為定量式靜壓導(dǎo)軌和定壓式靜壓導(dǎo)軌

定壓式靜壓導(dǎo)軌：指節(jié)流器進(jìn)口處的油壓壓強是一定的，這是目前應(yīng)用較多的靜壓導(dǎo)軌。

定量式靜壓導(dǎo)軌：指流經(jīng)油腔的壓力油流量是一個定值，這種靜壓導(dǎo)軌不用節(jié)流器，而是對每個油腔均有一個定量油泵供油。由于流量不變，當(dāng)導(dǎo)軌間隙隨外載荷的增大而變小時，則油壓上升，載荷得到平衡。載荷的變化，只會引起很小的導(dǎo)軌間隙變化，因而油膜剛度較高，但這種靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

本文探討的是閉式恒流量靜壓導(dǎo)軌。

2 導(dǎo)軌靜壓技術(shù)的簡單計算

2.1 理論計算依據(jù)

靜壓理論計算遵循平行平板間隙流公式，詳細(xì)計算如下：

平行平板間隙流公式：

Q—靜壓油的流量；

f—系數(shù)，取1/12；

△P—壓力差，在此處即為P；

B—靜壓油流出邊的邊長；

h—壓板與導(dǎo)軌間的間隙；

L—靜壓油流出距離；

η—靜壓油的動力粘度。

其中B、h、L可根據(jù)經(jīng)驗給出，則P（壓力差）大小取決于Q（靜壓油的流量），而Q（靜壓油的流量）的大小取決于選取的節(jié)流閥流量。傳統(tǒng)的毛細(xì)管節(jié)流閥（恒壓式）因承載偏載能力差和油膜剛性低等缺點現(xiàn)已被替換為我廠使用的多頭泵（恒流量式節(jié)流閥），由平行平板間隙流公式可以看出恒流量時油腔壓力P與導(dǎo)軌間隙h的三次方成反比，故導(dǎo)軌間隙微量的變化就能獲得較大的油腔壓力增量，因此油膜剛性度較高，在實際應(yīng)用中也有較好的效果。

2.2 實際計算舉例

以床身靜壓導(dǎo)軌為例，將床身的移動部件與床身分開

首先，根據(jù)經(jīng)驗選出恒流閥的流量，由于恒流閥的流量規(guī)格并不連續(xù)，因此可以先選定恒流閥的規(guī)格，然后通過公式校驗所選恒流閥流量是否合適。

此處應(yīng)按照機床靜止并且以其中一側(cè)為例計算，此時應(yīng)按照載荷最大時的情況計算，即為移動部件最重時，滑板及滑枕等水平移動部件在該側(cè)床身的正上方，此時該側(cè)床身承受的載荷最大。

通過移動部件各部件的累加得出該側(cè)床身承受的最大載荷為100t（粗略計算值），而由于該側(cè)床身由兩根導(dǎo)軌組成，每根導(dǎo)軌上面設(shè)有5個潤滑點，折合到每個點的重力為10t，即為100KN，這樣就可以計算出100KN的重力在每個靜壓油腔接觸面上產(chǎn)生的壓強P，接觸面積如圖1所示。

圖1

L1、L2分別為靜壓油腔的長和寬，根據(jù)經(jīng)驗值取690mm、160mm，L為靜壓油腔與導(dǎo)軌接觸面寬度，取40mm，而實際的接觸面積按圖中虛線面積所示，因此面積S=（L1-L）（L2-L）=（690-40）X（160-40）=78000mm2，因此，

B為靜壓油流出邊的長度，由于靜壓油是從油腔四周流出的，此處需要取油腔的平均周長，即為上圖中虛線的周長，u=[（L1-L）+（L2-L）]X2=1540mm；

h為壓板與導(dǎo)軌間的間隙，此處取最佳經(jīng)驗值35μm，根據(jù)經(jīng)驗最佳的間隙范圍為：35μm±5μm，尤其是間隙的最小值與壓板平面度及導(dǎo)軌的加工精度有關(guān)；

L為靜壓油腔與導(dǎo)軌接觸面的寬度，此處為靜壓油從油腔內(nèi)流出油腔的路徑長度，根據(jù)經(jīng)驗值取40mm；

η此處為靜壓油的動力粘度，由于床身用的靜壓油為ISOVG46#油，按照室溫20℃時，為1.2×10-7NS/mm2；

Q根據(jù)恒流閥的規(guī)格，此處先選流量為0.15L/min，約為2500mm3/s；

此處根據(jù)公式，反推出計算壓強P的公式為

由于我們選用的靜壓導(dǎo)軌為閉式機構(gòu)，因此，我們求出來的P其實為?P，因為除了導(dǎo)軌對滑座的向上的支承力外，還有導(dǎo)軌下面壓板的壓力。

G=FT-Fu=100KN

G：導(dǎo)軌上移動部件重量；

FT：導(dǎo)軌對滑座的向上的支承力；

Fu：導(dǎo)軌下面壓板對滑座向下的壓力；

根據(jù)以上計算得出滑座靜壓點的壓力P=2.18N/mm2，轉(zhuǎn)換成壓力

FT=PS=2.18N/mm2×78000mm2=170KN

對與壓板的壓力計算與滑座的相似，用同樣的公式：

Q1為壓板靜壓點所選恒流閥流量，此處取流量為0.3L/min，約為5000；

L1為壓板靜壓油腔與導(dǎo)軌接觸面的寬度，取經(jīng)驗值21mm；

B1的數(shù)值發(fā)生了變化，由于壓板靜壓油腔的長度L1與滑座相同，而寬度要窄一些，因此L21的值為70mm，因此，根據(jù)相同的原理，面積

S1=3278mm2，周長 B1=1436mm；

因此 壓板靜壓點的壓強

壓板靜壓點的壓力

校驗

這樣就可以通過調(diào)整導(dǎo)軌上下面靜壓點的流量來再次驗算，從而實現(xiàn)FT-Fu＞G。

選型原則

最后，通過計算得出的恒流閥的流量需要乘以系數(shù)再進(jìn)行選型，滑座上的靜壓點選恒流閥時應(yīng)該在原流量的基礎(chǔ)上乘以1.5，壓板上的靜壓點選恒流閥時應(yīng)該在原流量的基礎(chǔ)上乘以2。

靜壓油腔的間隙驗算可以通過驗算表格來校驗。

3 結(jié)語

導(dǎo)軌靜壓技術(shù)是重型龍門產(chǎn)品導(dǎo)軌運用的主要技術(shù)，也是核心技術(shù)。盡管導(dǎo)軌靜壓技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，但仍有不足之處。導(dǎo)軌靜壓技術(shù)的提高可以給予重型龍門產(chǎn)品一個質(zhì)的飛躍。所以持續(xù)對導(dǎo)軌靜壓技術(shù)的投入和研發(fā)對未來機床發(fā)展有著積極的意義。