靜壓刀架油膜間隙與油膜剛度測量方法

周冬

（齊重?cái)?shù)控裝備股份有限公司，黑龍江 齊齊哈爾161000）

機(jī)床靜壓系統(tǒng)在重型機(jī)床行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，它是通過壓力油產(chǎn)生的油膜來起到支撐轉(zhuǎn)動的工件，跟磁懸浮一樣的原理，靜壓就是油懸浮。大型機(jī)床的運(yùn)動部件和它所加工的工件重量都很大,而且隨著工藝的發(fā)展，高速高精度加工在重型機(jī)床領(lǐng)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(jī)床產(chǎn)品競爭力, 機(jī)床機(jī)床制造商大部分會采用靜壓技術(shù).而大型機(jī)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(shù)必然成為今后的發(fā)展趨勢。此次研究的機(jī)床是我公司單柱數(shù)控立車，適用高速鋼刀具和硬質(zhì)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(jìn)行粗、精加工。在機(jī)床上可以完成車削內(nèi)外圓柱面、內(nèi)外圓錐面、回轉(zhuǎn)曲面、平面、切槽、螺紋等工序加工。主傳動采用交流主軸電機(jī)驅(qū)動、兩擋無級調(diào)速、主軸配置編碼器，具有恒線速度切削功能。工作臺導(dǎo)軌采用滾動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)。刀架水平、垂直導(dǎo)軌均采用耐磨涂層結(jié)構(gòu)。可實(shí)現(xiàn)水平、垂直兩軸聯(lián)動，半閉環(huán)控制。配置工作臺半封閉防護(hù)罩。配水冷卻系統(tǒng)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(cè)4 根斜鐵B，D，F(xiàn),G 壓力油斷開，分油器上相應(yīng)位置堵死，然后啟動油泵由于左側(cè)沒有壓力油此時認(rèn)定滑枕向左側(cè)貼靠，左側(cè)無間隙，然后在左側(cè)4 根斜鐵位置個布一塊壓力表，如圖2 側(cè)視圖1,2,3,4 位置個布置1 塊千分表，置0，然后接通左側(cè)油管左側(cè)斜鐵得油，切斷右側(cè)靠鐵油路，使滑枕貼向右側(cè)，此時記錄數(shù)值為油膜間隙。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)2,4 部位在給油是轉(zhuǎn)座會出現(xiàn)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(dǎo)致所以將形變數(shù)值也按間隙處理，表二十二數(shù)值包含間隙數(shù)值，經(jīng)過計(jì)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(diǎn)位置圖

圖2 油膜間隙檢驗(yàn)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(cè)斜鐵的液壓力，斷開1,3,5,7 四個位置的油管，相應(yīng)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(cè)貼靠，A，B，C,D 讀數(shù)即為刀架前后方向的油膜間隙具體數(shù)值。通過試驗(yàn)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(shù)點(diǎn)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(chǎn)中將三塊分體壓蓋做成整體結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)剛性。

2 油膜剛度測量

為了檢測油膜剛度進(jìn)行加載試驗(yàn)，用測力環(huán)對刀架兩個方向施加頂緊力，如圖3 所示（測力環(huán)上百分表每個讀書0.01mm對應(yīng)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(huán)對刀架正面施加頂緊力，觀察A，B 兩個測量點(diǎn)千分表數(shù)值變化，（滑枕伸出長度300mm，千分表距離滑枕根部80mm），具體數(shù)值如下：

表1 刀架前后方向油膜剛性試驗(yàn)數(shù)據(jù)表（第一次試驗(yàn)數(shù)值）

圖4 滑枕前后位置五次加力中和曲線圖

2.2 刀架側(cè)面油膜剛性試驗(yàn)

通過測力環(huán)對刀架側(cè)面施加頂緊力，觀察C,D 兩測量點(diǎn)數(shù)值變化，滑枕伸出300mm，千分表距離滑枕根部80mm，具體數(shù)值如下:

表2 刀架左右方向油膜剛性試驗(yàn)數(shù)據(jù)表（第一次試驗(yàn)數(shù)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(tài)（未加力前） 油膜厚度是0.005mm，當(dāng)頂緊力加到140kg 時，油膜厚度開始衰減，當(dāng)達(dá)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(tài)（未加力前）油膜厚度是0.004mm，當(dāng)頂緊力加到140kg時，油膜厚度開始衰減，當(dāng)達(dá)到到280kg 到350kg 之間時油膜厚度為0。后續(xù)加力數(shù)值為滑枕剛性變形，也就是說對于靜壓刀架試驗(yàn)在縱向坐標(biāo)軸0 界點(diǎn)以上失去試驗(yàn)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(chǎn)生一定剛性變形，所以在達(dá)到縱向坐標(biāo)軸0 界點(diǎn)后（即靜壓油膜油膜間隙為0），繼續(xù)加力幾次作為參考數(shù)值，在縱向坐標(biāo)軸中，油膜間隙為0 后的數(shù)值用負(fù)值標(biāo)出。

3 結(jié)論

通過測試的測試與驗(yàn)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(zhì)靜壓刀架的制造。在后續(xù)的機(jī)床精度測試中，該機(jī)床刀架的精度已到達(dá)同系列產(chǎn)品的全閉環(huán)精度要求，為公司節(jié)約了大量的成本。