重型落地銑鏜床靜壓導軌形式的分析

劉鵬博

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

關鍵詞：重型機床；靜壓導軌；落地銑鏜床；機械制造

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

1 靜壓導軌的原理及特點

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

靜壓導軌的特點：

（1）因為兩導軌面之間在形成壓力油膜之后不受工作速度的影響，因而工作狀態下導軌間的相對速度范圍較大，調速范圍較寬。

（2）機床設備在工作狀態下，兩導軌之間始終保持著壓力油膜，因此工作狀態下導軌間呈現懸浮狀態，兩導軌之間無接觸。進而可以避免導軌的摩擦損耗，提高導軌的使用壽命，長期保證機床設備的穩定性與精度。

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

（4）根據機床設備的結構分析與參數建模，可以很方便的計算出靜壓導軌間的承載壓力和油膜剛度，滿足設備使用條件。

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

2 重型落地銑鏜床恒壓靜壓導軌及恒流靜壓導軌的分析

重型落地銑鏜床恒壓靜壓導軌的特點：

（1）壓力油液通過一條管路，分布到各個靜壓供油點。

（2）各個靜壓供油點通過螺旋阻尼裝置調整各自供油點的靜壓力值，數值顯示在各供油點的壓力表上面。

（3）各個靜壓供油點獨立供油、獨立調整，維護方便，調整便

捷。

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

（5）恒壓靜壓導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過程中未發生改變。

（6）恒壓靜壓導軌可以通過補償系統實時控制各個靜壓油腔，并且綜合補償機床各部位。

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

重型落地銑鏜床恒流靜壓導軌的問題：

（1）恒流靜壓導軌的靜壓油膜形成過程是靠多頭泵供油實現的。恒流靜壓導軌的基礎是各個油液輸出點的流量一致和靜壓油膜的厚度一致。而實際多頭泵國外最好的流量差為5%，國內的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軌的平面度和直線度，現有的制造水平嚴重影響恒流油膜的厚度一致性。以上兩點導致計算的理論基礎出現問題，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。這說明恒流靜壓導軌的性能決定于結構和制造水平，在制造水平一定的情況下，如果有優選的話，盡量避免使用恒流靜壓導軌。

（2）重型落地銑鏜床滑枕補償問題，恒流靜壓導軌無法實現。而恒壓靜壓導軌能夠實現導軌補償。

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

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

（5）導軌采用多頭泵的結構（即一個泵分出很多壓力輸出點），當其中有一個輸出點堵塞時，需更換該多頭泵或將該多頭泵拆下清洗，維護難度大，維護成本高。

歸納一下：恒流靜壓導軌的性能決定于元件的精度，而目前制造水平的限制，無法達到設計的理想狀態，實際的精度又不可以調整，因此在要求精度較高的臥式銑鏜床上，在選擇導軌方式的時候，盡量避免這樣的狀況。

3 兩種形式靜壓導軌在重型機床的應用及總結

兩種靜壓形式的導軌，恒壓靜壓導軌和恒流靜壓導軌不存在剛性優劣的問題。恒流與恒壓都是上世紀六十年左右的技術，是靜壓技術的兩大流派，不存在誰好誰不好，只是適應不同的結構，龍門、立車等這種載荷變化很大的機床適合用恒流，因為壓力隨外載荷的變化而變化，國外機床企業生產龍門、立車的廠家用恒流結構；恒壓適用于外載荷無變化或變化很小的機床結構.如銑鏜床，國外帕瑪、斯柯達、茵塞等生產銑鏜的老牌廠家都用這種結構。恒壓靜壓導軌是目前在重型落地銑鏜床上普遍采用的靜壓導軌技術，經過幾十年的發展，技術非常成熟，選擇一種既能能滿足剛性要求、動態性能，還要能夠調整的靜壓導軌方式，明顯恒壓靜壓導軌更勝一籌。