马上注册,结交更多好友,享用更多功能,让你轻松玩转磨削论坛
您需要 登录 才可以下载或查看,没有账号?注册会员
×
1 引言# W9 H5 w( l6 S6 j8 S: a. W
对于精密圆台立式磨床来说,要保证磨削工件的大平面粗糙度低、精度高,除了要求磨头好以外,还要求工作台的工作性能要好。目前国内外生产的φ1.6米精密圆台立式磨床中,工作台导轨基本上采用滚动导轨,经调查,滚动体磨损后高精度易于丧失,抗振能力不强,在磨削高精度的大平面时,粗糙度值也不理想。而静压导轨与它比较,具有更小的摩擦阻力,使用寿命长,动态特性好,运动刚度好,有一定的吸振能力,运动精度高。滚动导轨难于与静压导轨媲美,且国产静压系统与进口大型特级平面滚动轴承在价格上也相差不大。因此,我们在研制φ1.6米精密圆台立磨(该项目为原机械工业部1997年机械工业科学技术发展计划项目)中采用了静压导轨,效果好。下面对本课题中静压导轨的设计作一介绍。- Q7 b; w! x6 R8 a) }
2 静压导轨供油方式的确定
$ e8 ]0 t6 M% |: t; ]: z 就供油方式而言,液体静压导轨目前分为恒压和恒流供油两大类。近年来德国、日本、美国等工业发达国家生产的机床,对液体静压导轨的供油方式,不是千篇一律采用某种方式,有采用恒流供油方式,也有采用恒压供油方式,这样做有可能取决于传习惯和供油系统的辅助件研制过关与否而定。
8 S0 A8 T4 O% ^1 g1 j9 B7 o 图1所示为每两个油腔共用一个节流器,油泵供油压力用溢流阀调整,始终将压力控制在某个合理数值上,即所谓恒压式,图2所示为每个油腔均有一个油泵全流量供油,即所谓恒流式,两种供油方式比较如下:6 |2 e% ^2 i( _, t* x! b
+ c9 ^4 @5 M' B* C4 L3 @$ [图1
# M3 a: t. G- }8 v! \ j
1 u; {7 G7 _9 B
图21 Q# W1 ?/ f' N* P8 a
(1)由于工作重量不均,基础件刚度有限,卡紧力引起局部变形,以及欲想基础件加工精度、粗糙度和安装调试要求特高和稳定,均难达到。由此导轨上各个油腔压力不可能均匀,若某个油腔达到或接近一定的油泵压力时,静压就无法建立。采用恒流导轨没有溢流阀,只要有足够的流量,就能够保持导轨之间脱离接触,形成纯液体摩擦。该系统的压力储备大,过载能力强。
5 t* o, Y {4 B- W (2)由于外界飞扬尘埃,运转中某些剥离下金属,油中析出的杂质,以及基础件内腔中某些残存脏物会使油污染,节流器一旦被堵塞,恒压导轨的油腔失压,破坏了静压。若采用恒流静压,无节流器,即无堵塞现象发生,工作安全可靠性高,但润滑油仍需精密过滤,以防研伤导轨。
3 _* M& s: @* ^4 t5 W, u7 | (3)恒压式油泵供油压力高于油腔压力时,即通过节流器产生压力降,有压力降就会有热量产生,要维持供油压力,溢液阀一定要溢流,该部分溢流既消耗功率,又产生热量,结果油温升高,导致机床热变形大,降低机床运动精度,甚至于还有可能使静压导轨不能正常工作。
: E; z( \" |9 x% q( V (4)就油膜刚度而言,恒流静压系统所具有的刚度,比恒静压系统中有反馈节流系统要差一些,但比有固定节流系统要好得多。
3 S. m+ ~. D. d% D/ Z 根据上述二者之利弊,目前选择恒流供油方式是比较合理的。同时基于湖北某机床厂二十多年采用恒流静压导轨的机床,无一因供油方式而产生故障。因此本磨床液体静压导轨的供油采用湖北某机床厂现行生产的1WZS04型十个头恒流量分油器,其原理图见图3。恒流量分油器的工作原理、工作性能和参数,以及工作安全性,在此不作叙述。+ S6 F/ W* d, b! a
6 R" L- h- H/ z4 U1 `1—电动机 2—飞轮 3—精滤器 4—变量泵 5—精滤器
; A: T" e3 X" ]6 r+ D; E6—溢流阀 7—恒流量分油器 8—压力继电器& @" G2 o# t2 g
9—压力表 10—底座油腔 11—工作台
& z& ~, A- x: q9 l8 v" x# U. D' F! R图3' k8 v6 s2 i, o6 A& G
3 静压导轨的设计与计算1 c3 J# k! L8 ]; v. p
(1)?1.6米圆台立式磨床的工作台与底座设计主要技术参数) q# i: D1 f1 t0 f0 u2 M
①工作台直径:?1600mm
3 F) w! v' }$ q5 Y& {+ ^4 d5 O% c ②工作台转速:0.8~32r/min0 W, y3 A: B) O. l- ?* q2 t
③最大磨削直径:?1800mm' a6 w8 B" o* ]% |
④工作台重量:W1=18kN
2 w) }8 ^! g- V. U* u9 v7 U ⑤工作台上磁吸盘重量:W2=12kN5 g# I6 K, j. M' v* h1 L
⑥工件最大重量:W3=60kN
7 d. Y- B' ?6 b1 V$ W (2)液体静压导轨的设计1 K# x4 X8 ]8 k5 j
如图4所示,导轨外径为?1200mm,内径为?1000mm,均布十个油腔,每个油腔除外周回油外,还设置径向回油槽,径向回油槽作用有二,既可作内周回油道,又可作油腔之间断压槽用,以免压力互相干扰。内外有一道高1.5mm围墙,使导轨始终泡在润滑油中工作,以免在回转时将空气带入油腔而失压,若油路系统发生故障,突然停车,导轨间仍保持有油润滑,不会产生干摩擦。油腔开在底座上,工作台导轨镶有锌铝铜合金导轨板,为了液体静压导轨预载,工作台至导轨处高375mm,使其承受刚度是足够的。
0 \7 G4 R# S3 j# g9 V2 P2 V (3)液体静压导轨计算; \. u- d; P5 X6 O# w
①油腔压力计算
, k; h- l+ y5 R: X2 b3 l 油腔尺寸如图5所示,虚线表示每个油腔承受压力的有效面积Ae:
* O2 ]" q z7 R
1 c% T0 d, s# C* C+ B
图4
" Y( i4 K9 I2 m0 v8 |; M) }) g
8 m8 ]$ A5 [/ ^! A7 r图57 K; I: o# G0 X
* e% T) y- m7 F3 T9 N+ L空载时一个油腔压力:5 `; h0 B& s+ e# k0 k
9 s) R8 t0 g) i ?9 C8 X/ y$ P' ] 满载时一个油腔压力:
: T/ U6 x; X# {5 N
( D8 j& o4 o* x6 T- B
②静压导轨机械油的选择* E* g% V2 ]6 m! _7 J3 K6 O
众所周知,机械润滑油的动力粘度与温度有关,如果粘度随温差变化大,则流量的变化大% ]+ }+ m3 q9 C2 u. B7 K
,这对恒流静压导轨很不利,需要经常调整变量泵。下面通过查手册取二种机械润滑油的动力
. Q$ E% d' |) w" _- l3 r0 v5 P粘度进行比较。
4 f" N- |0 s u 10#机械润滑油:# J7 w5 M4 T i$ g
μ10℃=44.64×10-3Pa·s,μ40℃=14.29×10-3Pa·s' J3 A3 M0 d \0 W7 Q! \
30#机械润滑油:
* _- K+ x( ^; G7 G- R μ10℃=250×10-3Pa·s,μ40℃=42×10-3Pa·s
! p& s; S h! @ 由上可知,10#机械润滑油μ10℃/μ40℃=3.124倍,30#机械润滑油:μ10℃/μ40℃=5.952倍,显然,10#机械润滑油的动力粘度随温差变化量小。因此,选用10#机械润滑油。
. s- z0 Z7 t0 r9 L+ [+ ]: L6 X ③油腔流量计算:
/ C U: e6 _+ |5 \: d WQ=pλh3/(12μ)
4 ^( r4 [- J- [* v p——油腔压力(Pa);" p# V, W1 v& U; y' L
h——油膜厚度(m);, D% s' i0 A: l! e' a% W& V6 ~' N
λ——节流边系数;
3 h, p& e4 l+ a3 P; M, d μ——润滑油动力粘度(Pa·s)。
0 B/ @& e2 I& f% c2 C
1 \5 Q0 Q, P$ ?3 i* I+ F; P! ]取h=9×10-5m。) h6 ^) s9 Y8 F, A6 {: ~# _7 R v+ n/ Q
8 o3 s# m% Y: r/ l( P# H' Q5 ~ 10℃时满载的总流量:/ h* X8 T0 V, v5 |
Qεμ10℃=10Qμ40℃=6L/min8 O# k& b* B( B
40℃时满载的总流量:
W9 x2 y) i7 e: F1 S* a Qεμ40℃=10Qμ40℃=19L/min+ [/ f& @9 ?9 _2 ^
选用YBX型变量泵供油,额定流量为25L/min。根据油膜剪切消耗功率计算,若贮油箱容量选用大于600L,则油液温升只在≤20℃左右,足以保持安全可靠工作。
5 J/ y3 q9 l' V% N$ E ④油膜的剪切功率计算:: e+ b" a, r4 ~1 y" e7 ?, }
当工作台旋转时,油在导轨间受剪切,必须消耗功率。由于液体静压导轨无直接金属接触,也就无摩擦损失。因此,只有工作台导轨与底座导轨的相对速度,使油受剪切,其剪切力大小与润滑油动力粘度、面积、相对速度成正比,与间隙成反比,其公式:
! f* @ }6 g* `! E! ]F'=μAv/h
" }8 A% F5 w2 F$ L剪切力矩: M=F'r
( G/ A( F, l: `% ?% H2 U 剪切所消耗功率:N=1.075×10-7μΑr2n2/h
" s! T% d! e0 ` ]式中:A——底座上的静压导轨与工作台导轨实际接触面积(油腔、径向回油槽不计算在内),A=(602-56.62+53.42-502)π+3.2×3.4×2×10-5×10×10=2066.32cm2=2.06632×10-1m2;
8 P! Y- | c8 p4 R r——导轨宽度的几何中心到导轨圆心O的半径,r=(60-50)÷2+50=55cm=0.55m;' y2 Z; C; V. P8 l
n——工作台最高转速(r/min)。
" z( @) O, L- S9 E$ ] ⑤油膜刚度计算:
* R3 _ X% q- y' y1 h' YJ=F/e
3 K: \5 ?+ y0 |. r' l6 a式中:F——载荷
0 C7 P) ~5 l, p) N" A& W$ j( | e——从原始载荷状态开始计算的位移量9 X7 \5 x1 Q+ Q) @
F=W1+W2+W3=90000N5 s/ _" j" [. }: h% p
e=0~h=0~9×10-5m=0~90μ+ M) X# C" ]) E/ r8 C! h- a2 Y# [+ {
∴Jmin=90000/90=1000N/μ
' i, k$ ~6 ^. p0 B9 I4 结束语0 X5 `+ _/ j; y5 v8 S- [1 O
由于静压导轨具有一系列的特点,加之又采用了恒流量供油方式,所以使得磨床的摩擦阻力小,工作可靠,动态特性好,抗振性强,运动刚度好,运动精度高,从而磨削工件精度高。7 |2 ?! ]" ]6 p' e/ M& ~ c' [
【MechNet】* Z" l" Z; ?' ] T
文章关键词: |