摘要:本文介紹了φ1.6米精密圓臺立磨中工作靜壓導軌供油方案的確定,恒流靜壓導軌的設計與計算。 關鍵詞:立磨 恒流 靜壓 導軌
1 引言
對于精密圓臺立式磨床來說,要保證磨削工件的大平面粗糙度低、精度高,除了要求磨頭好以外,還要求工作臺的工作性能要好。目前國內(nèi)外生產(chǎn)的φ1.6米精密圓臺立式磨床中,工作臺導軌基本上采用滾動導軌,經(jīng)調(diào)查,滾動體磨損后高精度易于喪失,抗振能力不強,在磨削高精度的大平面時,粗糙度值也不理想。而靜壓導軌與它比較,具有更小的摩擦阻力,使用壽命長,動態(tài)特性好,運動剛度好,有一定的吸振能力,運動精度高。滾動導軌難于與靜壓導軌媲美,且國產(chǎn)靜壓系統(tǒng)與進口大型特級平面滾動軸承在價格上也相差不大。因此,我們在研制φ1.6米精密圓臺立磨(該項目為原機械工業(yè)部1997年機械工業(yè)科學技術發(fā)展計劃項目)中采用了靜壓導軌,效果好。下面對本課題中靜壓導軌的設計作一介紹。
2 靜壓導軌供油方式的確定
就供油方式而言,液體靜壓導軌目前分為恒壓和恒流供油兩大類。近年來德國、日本、美國等工業(yè)發(fā)達國家生產(chǎn)的機床,對液體靜壓導軌的供油方式,不是千篇一律采用某種方式,有采用恒流供油方式,也有采用恒壓供油方式,這樣做有可能取決于傳習慣和供油系統(tǒng)的輔助件研制過關與否而定。 圖1所示為每兩個油腔共用一個節(jié)流器,油泵供油壓力用溢流閥調(diào)整,始終將壓力控制在某個合理數(shù)值上,即所謂恒壓式,圖2所示為每個油腔均有一個油泵全流量供油,即所謂恒流式,兩種供油方式比較如下:
圖1
圖2
(1)由于工作重量不均,基礎件剛度有限,卡緊力引起局部變形,以及欲想基礎件加工精度、粗糙度和安裝調(diào)試要求特高和穩(wěn)定,均難達到。由此導軌上各個油腔壓力不可能均勻,若某個油腔達到或接近一定的油泵壓力時,靜壓就無法建立。采用恒流導軌沒有溢流閥,只要有足夠的流量,就能夠保持導軌之間脫離接觸,形成純液體摩擦。該系統(tǒng)的壓力儲備大,過載能力強。 (2)由于外界飛揚塵埃,運轉中某些剝離下金屬,油中析出的雜質,以及基礎件內(nèi)腔中某些殘存臟物會使油污染,節(jié)流器一旦被堵塞,恒壓導軌的油腔失壓,破壞了靜壓。若采用恒流靜壓,無節(jié)流器,即無堵塞現(xiàn)象發(fā)生,工作安全可靠性高,但潤滑油仍需精密過濾,以防研傷導軌。 (3)恒壓式油泵供油壓力高于油腔壓力時,即通過節(jié)流器產(chǎn)生壓力降,有壓力降就會有熱量產(chǎn)生,要維持供油壓力,溢液閥一定要溢流,該部分溢流既消耗功率,又產(chǎn)生熱量,結果油溫升高,導致機床熱變形大,降低機床運動精度,甚至于還有可能使靜壓導軌不能正常工作。 (4)就油膜剛度而言,恒流靜壓系統(tǒng)所具有的剛度,比恒靜壓系統(tǒng)中有反饋節(jié)流系統(tǒng)要差一些,但比有固定節(jié)流系統(tǒng)要好得多。 根據(jù)上述二者之利弊,目前選擇恒流供油方式是比較合理的。同時基于湖北某機床廠二十多年采用恒流靜壓導軌的機床,無一因供油方式而產(chǎn)生故障。因此本磨床液體靜壓導軌的供油采用湖北某機床廠現(xiàn)行生產(chǎn)的1WZS04型十個頭恒流量分油器,其原理圖見圖3。恒流量分油器的工作原理、工作性能和參數(shù),以及工作安全性,在此不作敘述。
1—電動機 2—飛輪 3—精濾器 4—變量泵 5—精濾器 6—溢流閥 7—恒流量分油器 8—壓力繼電器 9—壓力表 10—底座油腔 11—工作臺 圖3
3 靜壓導軌的設計與計算
(1)1.6米圓臺立式磨床的工作臺與底座設計主要技術參數(shù) 、俟ぷ髋_直徑:1600mm 、诠ぷ髋_轉速:0.8~32r/min 、圩畲竽ハ髦睆剑孩J1800mm 、芄ぷ髋_重量:W1=18kN 、莨ぷ髋_上磁吸盤重量:W2=12kN 、薰ぜ畲笾亓浚篧3=60kN (2)液體靜壓導軌的設計 如圖4所示,導軌外徑為1200mm,內(nèi)徑為1000mm,均布十個油腔,每個油腔除外周回油外,還設置徑向回油槽,徑向回油槽作用有二,既可作內(nèi)周回油道,又可作油腔之間斷壓槽用,以免壓力互相干擾。內(nèi)外有一道高1.5mm圍墻,使導軌始終泡在潤滑油中工作,以免在回轉時將空氣帶入油腔而失壓,若油路系統(tǒng)發(fā)生故障,突然停車,導軌間仍保持有油潤滑,不會產(chǎn)生干摩擦。油腔開在底座上,工作臺導軌鑲有鋅鋁銅合金導軌板,為了液體靜壓導軌預載,工作臺至導軌處高375mm,使其承受剛度是足夠的。 (3)液體靜壓導軌計算 、儆颓粔毫τ嬎 油腔尺寸如圖5所示,虛線表示每個油腔承受壓力的有效面積Ae:
圖4
圖5
空載時一個油腔壓力:
滿載時一個油腔壓力:
、陟o壓導軌機械油的選擇 眾所周知,機械潤滑油的動力粘度與溫度有關,如果粘度隨溫差變化大,則流量的變化大 ,這對恒流靜壓導軌很不利,需要經(jīng)常調(diào)整變量泵。下面通過查手冊取二種機械潤滑油的動力 粘度進行比較。 10#機械潤滑油: μ10℃=44.64×10-3Pa·s,μ40℃=14.29×10-3Pa·s 30#機械潤滑油: μ10℃=250×10-3Pa·s,μ40℃=42×10-3Pa·s 由上可知,10#機械潤滑油μ10℃/μ40℃=3.124倍,30#機械潤滑油:μ10℃/μ40℃=5.952倍,顯然,10#機械潤滑油的動力粘度隨溫差變化量小。因此,選用10#機械潤滑油。 、塾颓涣髁坑嬎悖
Q=pλh3/(12μ)
p——油腔壓力(Pa); h——油膜厚度(m); λ——節(jié)流邊系數(shù); μ——潤滑油動力粘度(Pa·s)。
取h=9×10-5m。
10℃時滿載的總流量: Qεμ10℃=10Qμ40℃=6L/min 40℃時滿載的總流量: Qεμ40℃=10Qμ40℃=19L/min 選用YBX型變量泵供油,額定流量為25L/min。根據(jù)油膜剪切消耗功率計算,若貯油箱容量選用大于600L,則油液溫升只在≤20℃左右,足以保持安全可靠工作。 、苡湍さ募羟泄β视嬎悖 當工作臺旋轉時,油在導軌間受剪切,必須消耗功率。由于液體靜壓導軌無直接金屬接觸,也就無摩擦損失。因此,只有工作臺導軌與底座導軌的相對速度,使油受剪切,其剪切力大小與潤滑油動力粘度、面積、相對速度成正比,與間隙成反比,其公式:
F'=μAv/h
剪切力矩: M=F'r 剪切所消耗功率:N=1.075×10-7μΑr2n2/h 式中:A——底座上的靜壓導軌與工作臺導軌實際接觸面積(油腔、徑向回油槽不計算在內(nèi)),A=(602-56.62+53.42-502)π+3.2×3.4×2×10-5×10×10=2066.32cm2=2.06632×10-1m2; r——導軌寬度的幾何中心到導軌圓心O的半徑,r=(60-50)÷2+50=55cm=0.55m; n——工作臺最高轉速(r/min)。 、萦湍偠扔嬎悖 J=F/e
式中:F——載荷 e——從原始載荷狀態(tài)開始計算的位移量 F=W1+W2+W3=90000N e=0~h=0~9×10-5m=0~90μ ∴Jmin=90000/90=1000N/μ
4 結束語
由于靜壓導軌具有一系列的特點,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,動態(tài)特性好,抗振性強,運動剛度好,運動精度高,從而磨削工件精度高。 |