靜壓刀架油膜間隙與油膜剛度測量方法

周冬

（齊重數控裝備股份有限公司，黑龍江 齊齊哈爾161000）

機床靜壓系統在重型機床行業有著廣泛的應用，它是通過壓力油產生的油膜來起到支撐轉動的工件，跟磁懸浮一樣的原理，靜壓就是油懸浮。大型機床的運動部件和它所加工的工件重量都很大,而且隨著工藝的發展，高速高精度加工在重型機床領域已成為必備需求，接觸面的摩擦和磨損成為突出的問題。為了提升機床產品競爭力, 機床機床制造商大部分會采用靜壓技術.而大型機床的承載重量更由幾噸增至幾十噸而至幾百噸,因此采用靜壓技術必然成為今后的發展趨勢。此次研究的機床是我公司單柱數控立車，適用高速鋼刀具和硬質合金刀具，對各種黑色金屬、有色金屬和部分非金屬材料的工件進行粗、精加工。在機床上可以完成車削內外圓柱面、內外圓錐面、回轉曲面、平面、切槽、螺紋等工序加工。主傳動采用交流主軸電機驅動、兩擋無級調速、主軸配置編碼器，具有恒線速度切削功能。工作臺導軌采用滾動導軌結構。刀架水平、垂直導軌均采用耐磨涂層結構。可實現水平、垂直兩軸聯動，半閉環控制。配置工作臺半封閉防護罩。配水冷卻系統及排屑器。

1 油膜間隙的測量研究

1.1 左右方向間隙的測量

在油膜間隙測量中滑枕初始位置的確定最為重要，為確定滑枕初始位置采用了如下方法：

如圖1 所示檢測左右面油膜間隙時先將左側4 根斜鐵B，D，F,G 壓力油斷開，分油器上相應位置堵死，然后啟動油泵由于左側沒有壓力油此時認定滑枕向左側貼靠，左側無間隙，然后在左側4 根斜鐵位置個布一塊壓力表，如圖2 側視圖1,2,3,4 位置個布置1 塊千分表，置0，然后接通左側油管左側斜鐵得油，切斷右側靠鐵油路，使滑枕貼向右側，此時記錄數值為油膜間隙。在試驗中發現2,4 部位在給油是轉座會出現0.002mm 的形變(單邊0.001mm)，及箱體向外變形0.002mm，考慮形變是由于油膜施加外力導致所以將形變數值也按間隙處理，表二十二數值包含間隙數值，經過計算左右方向平均間隙為0.008mm，單邊油膜間隙0.004mm。

圖1 潤滑點位置圖

圖2 油膜間隙檢驗方法示意圖

1.2 前后方向油膜間隙的測量

和左右方向測量方法一樣，先撤去前后方向一側斜鐵的液壓力，斷開1,3,5,7 四個位置的油管，相應分油器部位堵死，然后通油，此時滑枕向前貼靠，同樣布置四塊千分表如圖十七所示A，B，C，D 位置，然后接通1,3,5,7 四處油管，斷開2,4,6,8 處油管，此時滑枕向后側貼靠，A，B，C,D 讀數即為刀架前后方向的油膜間隙具體數值。通過試驗獲得刀架前后方向平均間隙為0.011mm，單邊油膜間隙為0.005mm（取小數點后3 位）其中上下壓蓋通油后形變較大，形變均在0.01mm，考慮是前后方向由螺釘把合，剛度相對較弱，建議以后生產中將三塊分體壓蓋做成整體結構，增強剛性。

2 油膜剛度測量

為了檢測油膜剛度進行加載試驗，用測力環對刀架兩個方向施加頂緊力，如圖3 所示（測力環上百分表每個讀書0.01mm對應力為70kg）。

圖3 刀架油膜剛性檢測示意圖

2.1 刀架正面油膜剛性檢測

通過測力環對刀架正面施加頂緊力，觀察A，B 兩個測量點千分表數值變化，（滑枕伸出長度300mm，千分表距離滑枕根部80mm），具體數值如下：

表1 刀架前后方向油膜剛性試驗數據表（第一次試驗數值）

圖4 滑枕前后位置五次加力中和曲線圖

2.2 刀架側面油膜剛性試驗

通過測力環對刀架側面施加頂緊力，觀察C,D 兩測量點數值變化，滑枕伸出300mm，千分表距離滑枕根部80mm，具體數值如下:

表2 刀架左右方向油膜剛性試驗數據表（第一次試驗數值）

圖5 滑枕左右位置第一次加力曲線圖

刀架在前后方向上初始狀態（未加力前） 油膜厚度是0.005mm，當頂緊力加到140kg 時，油膜厚度開始衰減，當達到到315kg 到385kg 之間時油膜厚度為0。刀架在左右方向上初始狀態（未加力前）油膜厚度是0.004mm，當頂緊力加到140kg時，油膜厚度開始衰減，當達到到280kg 到350kg 之間時油膜厚度為0。后續加力數值為滑枕剛性變形，也就是說對于靜壓刀架試驗在縱向坐標軸0 界點以上失去試驗意義，考慮在刀架存在靜壓油膜的情況下對滑枕加力也滑枕會產生一定剛性變形，所以在達到縱向坐標軸0 界點后（即靜壓油膜油膜間隙為0），繼續加力幾次作為參考數值，在縱向坐標軸中，油膜間隙為0 后的數值用負值標出。

3 結論

通過測試的測試與驗證，該方法是目前可靠的靜壓刀架油膜間隙與油膜剛度的測量方法，可以滿足高品質靜壓刀架的制造。在后續的機床精度測試中，該機床刀架的精度已到達同系列產品的全閉環精度要求，為公司節約了大量的成本。