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動靜壓技術在鏜床專機主軸上的應用

2015-12-4 來源：濟柴聊（liáo）城機械（xiè）公司山東鑫亞（yà）股份公司作者：劉廣強丁延亮趙國順姬景梅

摘要：動靜壓技術在19世紀（jì）被發現，但直至20世紀50年代才在發達國家興盛起來，而我國從70年代開始研究，由於滾動軸承的迅速發展，靜壓技術在我（wǒ）國應用急（jí）劇減少。不過為提高主軸（zhóu）的回轉精度，降（jiàng）低工件加工的表麵粗糙（cāo）度值，杜絕幹式摩擦的發生，動靜壓技術有著不可比擬的（de）優越性，值得我們從新審視。

１. 機床動（dòng）靜壓技術改進的必要性

幾年前，我公司為某柴油機廠製（zhì）作（zuò）了一台6180機體加（jiā）工鏜床專機，鏜削主軸孔、凸輪軸及（jí）搖臂軸孔（kǒng），其中主軸（zhóu）孔的（de）精度對同軸及圓度（dù）等要求較高（gāo）。設備製作（zuò）初期，柴油公司的計（jì）劃加工批量較（jiào）小，設備的操作人員（yuán）對（duì）設備保養尚能維持機床的精度。由於市場的需要，2012年對（duì）產品的批量（liàng）加大，每月生產定額由5台左右提升（shēng）到20台（tái）以上，由於設備保（bǎo）養不

善及設備本身結構的（de）限製，經（jīng）常出現研套現象。鏜模架回轉套及底套（tào）抱死現象經常發生，而每次都會對機床主軸孔的（de）鏜（táng）削精度（dù）帶來或多或少的（de）影響，隻（zhī）能利用拋光膏及研磨膏對研傷部位進（jìn）行反複（fù）修磨，效率較低，嚴重製約了（le）生產的進度。經技術（shù）人員分析認為，原鏜專機（jī）結構原理較陳舊，鏜專機主軸鏜模架的回轉套及底套如圖（tú）1所示。

圖1 主軸鏜模架的回轉套及底套簡圖

1.前鏜模架（jià） 2.中間鏜模（mó）架 3.後鏜模架 4.回轉套 5.主軸 6.底套

鏜杆主軸直徑120mm，回轉套內孔直（zhí）徑180mm，外徑直徑210mm，采用四鏜模架支撐主軸（zhóu）鏜（táng）杆，兩（liǎng）端鏜模長度180mm，中間兩個鏜模限於機體兩瓦當距離限製，鏜模長度取80mm，回轉套與底套之（zhī）間利用油杯進行潤滑，依靠（kào）潤（rùn）滑油的（de）重力流通，效果不理想，屬（shǔ）於半幹式液體摩擦（cā），回轉（zhuǎn）套與底套之間間隙限於主軸（zhóu）孔鏜削精度（dù）的要求單邊僅為0.01～0.02mm，過於小（xiǎo）的間隙，很難保證潤（rùn）滑劑將底套及（jí）回轉套完全隔開，幹式摩擦現（xiàn）象時（shí）有發生，摩擦（cā）係（xì）數較大（dà），為0.1～0.3，主軸鏜杆的重力（lì）及切削力（lì）的影響，又加大鏜孔過程中圓周各個方向（xiàng）的（de）不平衡性。

分析認為，如（rú）果將回（huí）轉套及底套之間引入滾動（dòng）軸承體，滾動體的磨損也是不可修複性的，精度同樣不（bú）穩定，而采用動（dòng）靜壓技（jì）術對鏜模架回轉套及底套結構改進，形成全液體摩擦，摩擦係（xì）數隻（zhī）有0.001～0.008，回轉套及底套之間形成穩定的壓力（lì）油（yóu）膜，進而能徹底將二者隔開，杜絕幹式磨損的發生（shēng），運動精度很高，回（huí）轉誤差一般在（zài）0.2μm以下，因而不但（dàn）可以提高刀具的使用壽命，而且可以（yǐ）達到很高的（de）加工精度和低的表麵粗糙度值。

2. 設備采用動（dòng）靜壓技（jì）術改進（jìn）的簡要過程

（1）形成（chéng）液體的動靜壓軸承需要具備（bèi）的條件：①軸承（chéng）體回轉套及軸承底套之間需要有一定的初始間隙。②潤滑油具有一定的粘度。③軸承麵與軸承表麵（miàn）間有一（yī）定相對速度。④工作時有（yǒu）偏（piān）心距（主軸鏜杆重力因素的存在（zài），底部間隙小（xiǎo）於頂部（bù））。⑥有一套供油裝置，具有穩定的壓力。

根據以上基本條件（jiàn），我們（men）製作了簡易的供油裝置，原理（lǐ）如圖2所示。

圖（tú）2 靜壓原理（lǐ）圖

（2）現以兩端（duān）鏜模回轉套為（wéi）例說明（míng）動靜壓技術的（de）應用：①載荷。機床為半（bàn）精加工（gōng）、精加（jiā）工，單（dān）邊加工量在1mm以內，軸承承載力與速度無關。②主（zhǔ）軸轉速為20～400r/min。③軸承直徑D＝180mm，按L/D=0.8～1.5選擇，取軸（zhóu）承長度為180mm。④軸承初始間隙2h0=（0.000 4～ 0 . 0 0 0 7 ）D，取h 0= 0 . 0 4 ～0.06mm。⑤由於機床為低速、均勻（yún）載荷故選取粘（zhān）度較大的潤滑油，本機床采用32#機（jī）械油。⑥軸承的軸向封油邊（biān）C及（jí）周向封油邊b，C=b約（yuē）取D/10=18mm。⑦油腔的軸向寬度l=B-2C=140mm，為增（zēng）加油腔的（de）動壓效應，將油腔開

為深腔及淺腔兩部分，淺腔深度取（qǔ）5～10h0，深腔深（shēn）度取≥20h0，深腔夾角36°，淺腔均布在深腔周圍，夾角60°，具體如圖３所示。⑧回油腔的選擇在D=160～200mm時，回油槽寬度為6mm，回（huí）油（yóu）槽深度取1.2mm，回油（yóu）槽的尺寸要選擇適當，也就是說（shuō）要保證潤滑油從外流出後（hòu）回油暢通，另一方向又要使回油槽內充滿潤滑油且具有微小的壓力，以防止（zhǐ）主軸轉動時將空氣從回油槽帶人軸承靜壓腔內，建立不起正常工作（zuò）的壓力。為保證回油順暢，加工時將回油槽寬改（gǎi）為10mm。圖4中的動（dòng）靜油腔可以在數控機床（chuáng）上加工，鏜銑插補即（jí）可，在油（yóu）腔四周加工出回油（yóu）槽，在回轉套與底套之間形成（chéng）穩定的壓力油膜，由於采取4個均布方向的動（dòng）靜壓油（yóu）腔，能有效地避（bì）免運轉過程中的油膜振動。動靜壓油腔如圖4所示。

圖 3

圖4 靜動（dòng）壓油腔簡圖

圖（tú） 5

1.O形圈槽 2.回轉套（軸承體）3.定位鍵槽

3. 動靜技術調試過程中（zhōng）需要注意的因素

在加工油腔的過程中，需注意回轉套內（nèi）孔尺寸已經（jīng）精加工完，工件的裝夾必須避（bì）免變形而均勻加持。對鏜模架（jià）底套及回轉（zhuǎn）套的所有棱角進行手工圓整，避免尖角（jiǎo）、毛刺，最（zuì）終裝配前用丙酮進（jìn）行清（qīng）洗、脫脂棉進行擦拭（shì），確保安裝時軸承體清潔；安裝完成後，先啟（qǐ）動供（gòng）油係統，讓潤滑油進行清洗整個潤滑回路，在係統（tǒng）運轉3～4h後，將油箱內所有油（yóu）更（gèng）換，加入新潤滑油，這樣係統進入工作階段，起動供油裝置，可以對主軸進行運轉：先點動，確保運轉順（shùn）利後，先（xiān）低速旋轉1～2h後，再依次更換高速；同時，調（diào）整係統壓力，尋找主軸平衡的合適壓力（lì），如果出現振（zhèn）蕩，說明回（huí）油（yóu）口混入了空（kōng）氣，需適當提高壓力及潤滑油的粘度，整個過程需檢測油溫的變化，確（què）保溫度不能變化過大，否（fǒu）則需增加回油冷卻裝置。

設備調試完成後（hòu），對首件加工的（de）主軸孔在德（dé）國三維坐標（biāo）檢測後，同軸度均為0.035mm以內，可能（néng）是回轉套及底套之間（jiān）間隙存在高點，又磨合（hé）了一段時間，接下來的幾件同軸度均在0.02mm以內，達到設計目的，至今運（yùn）行穩定。

整（zhěng）套裝備在運行半年後，需對液（yè）壓原理圖所標出的精過濾器和粗過濾器（qì）的濾芯進行清洗，必要時更換新濾芯，確保潤滑油（yóu）清潔，設（shè）備運行中應注意（yì）保持主軸的清潔度（dù），避免切屑等雜物進入回（huí）轉套（tào）。

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