SC-50/85 CNC數(shù)控立式車床工作臺靜壓導軌改造設(shè)計

■哈爾濱電機廠有限責任公司 （黑龍江哈爾濱 150040） 張明良 王立春

羅馬尼亞SC-50/85 CNC數(shù)控立式車床經(jīng)工作臺靜壓系統(tǒng)改造后使用至今，由于年久失修，其工作臺承載質(zhì)量已降為60t，達不到出廠設(shè)計值100t。根據(jù)生產(chǎn)需要，現(xiàn)需對其進行改造升級。立式車床底座及旋轉(zhuǎn)工作臺經(jīng)設(shè)計驗算，其強度、剛度和穩(wěn)定性滿足承載質(zhì)量增至150t的條件，故只需對工作臺靜壓結(jié)構(gòu)形式和液壓系統(tǒng)進行重新設(shè)計改造。

1. 靜壓導軌結(jié)構(gòu)形式

（1）靜壓導軌供油方式確定 液體靜壓導軌供油方式分為恒壓和恒流兩種，二者各有優(yōu)缺點，本次靜壓工作臺改造選用恒流供油方式。

主要原因基于以下幾點。

1）此數(shù)控立式車床已使用20余年，工作臺承載質(zhì)量需在原設(shè)計值上提升，故工作臺基礎(chǔ)剛度有限，且機床加工工件種類多、質(zhì)量不均，導致導軌上各個油腔壓力不可能均勻。恒流供油方式壓力儲備大、過載能力強，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。

2）車間環(huán)境較差，液壓油容易受到污染，產(chǎn)生臟物、雜質(zhì)等，恒壓節(jié)流器一旦堵塞，恒壓導軌的油腔就會失壓，容易產(chǎn)生事故。若采用恒流靜壓，無節(jié)流器，即無堵塞現(xiàn)象發(fā)生，設(shè)備安全可靠性高。

3）恒壓式液壓泵供油壓力高于油腔壓力，通過節(jié)流器使壓力下降產(chǎn)生熱量，同時溢流閥溢流既消耗功率，又產(chǎn)生熱量，導致油溫升高，機床產(chǎn)生熱變形，從而降低機床精度，甚至出現(xiàn)機床故障停產(chǎn)。

（2）靜壓腔結(jié)構(gòu)形式確定 立式車床底座的靜壓導軌原始設(shè)計為恒壓供油方式，導軌為一環(huán)結(jié)構(gòu)，均布12個靜壓腔。在載荷不均勻的情況下，尤其是載荷集中在工作臺中心位置時，工作臺發(fā)生變形，靜壓導軌油膜建立不好，靜壓浮起量較小，出現(xiàn)了研傷導軌現(xiàn)象，導致工作臺承載能力下降。

為避免上述情況再次發(fā)生，此次改造對靜壓導軌形式進行重新設(shè)計，將原有一環(huán)結(jié)構(gòu)改造為兩環(huán)結(jié)構(gòu)，增加內(nèi)環(huán)導軌。同時，將外環(huán)隔為兩圈靜壓腔，其目的是即使外環(huán)外圈靜壓腔因工作臺變形泄壓而失效，外環(huán)里圈靜壓腔仍可保證工作臺正常旋轉(zhuǎn)工作。另外，由于外環(huán)兩圈靜壓腔距離較近，且靜壓流量可調(diào)，故可視為一環(huán)靜壓導軌，不會發(fā)生過定位現(xiàn)象。改造前后導軌形式如圖1所示。

圖1 靜壓導軌改造前后結(jié)構(gòu)形式

改造后三圈導軌靜壓腔選用3個多頭泵分別供油，且每個靜壓腔都由單獨油路供油，便于提高系統(tǒng)油膜的剛度，保證工作臺的變形量，同時也提高了工作臺運行的安全性。3臺供油齒輪泵需由變頻電動機控制，可以對靜壓導軌流量進行調(diào)整，從而改變各環(huán)的承載能力，以適應(yīng)不同工件在工作臺上的裝夾位置。

2. 靜壓導軌的設(shè)計與計算

測量工作臺導軌原有的外環(huán)靜壓腔及節(jié)流邊幾何尺寸，計算靜壓腔有效面積為

式中，Ae為單液壓腔有效承載面積（m2）；l為單靜壓腔長度（m）；b為單靜壓腔寬度（m）；L為單靜壓單元長度（m）；B為單靜壓單元寬度（m）。

經(jīng)計算，Ae=0.227m2。

已知工作臺設(shè)計承載重量150t，工作臺質(zhì)量24t，由于工作臺外環(huán)為主要承載重量部位，且機床加工時還存在切削力，所以為保證工作臺負載運轉(zhuǎn)可靠，工作臺外環(huán)計算負載約取200t，即W =2 000kN，則工作臺最大工作壓力為

式中，P為工作臺最大工作壓強（Pa）；n為靜壓腔數(shù)量L-AN32全損耗系統(tǒng)用油，這里n=12。

經(jīng)計算，P=8.981×105Pa。

靜壓導軌選擇L-A N32全損耗系統(tǒng)用油，液壓系統(tǒng)油溫制冷機將最高液壓油溫度控制在50℃以下，N32全損耗系統(tǒng)用油在50℃時動力黏度為μ=1.785×10-2Pa·s，此時靜壓導軌所需液壓油流量最大；導軌靜壓浮起量取h0=0.15mm。根據(jù)公式求得靜壓導軌外環(huán)所需液壓油流量為

式中，i為靜壓腔數(shù)量，經(jīng)計算，Q=255.882L/min，外環(huán)兩圈導軌靜壓腔面積相近，即將流量平均分配，每圈液壓油流量近似為130L/min。

同理，確定內(nèi)環(huán)靜壓腔形式及參數(shù)，并確定其所需液壓油壓力及流量。

3. 液壓系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)以上計算數(shù)據(jù)，確定液壓系統(tǒng)選用齒輪泵P7600-F100H，齒輪泵排量100mL/r，壓強可達25MPa。

圖2 靜壓導軌液壓原理

SC-50/85 CNC數(shù)控立式車床工作臺靜壓導軌液壓改造的主要液壓元件參數(shù)規(guī)格已經(jīng)確定，根據(jù)液壓系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能設(shè)計的液壓原理如圖2所示。可以看出，除導軌各靜壓腔可實現(xiàn)定量供油外，還根據(jù)系統(tǒng)溫升增加了油冷機單元，確保系統(tǒng)在恒溫條件下運行。

4. 結(jié)語

SC-50/85 CNC數(shù)控立式車床工作臺靜壓導軌承載質(zhì)量能力的改造獲得了預(yù)期的效果，其設(shè)計采用原有結(jié)構(gòu)，而沒有采用徹底更換工作臺及底座的方式，避免了機床基礎(chǔ)重新制作，節(jié)省了500余萬元改造費用。其設(shè)計采用了外環(huán)兩圈導軌恒流靜壓形式，在使用過程中加工精度高，安全可靠，為立式車床承載質(zhì)量改造積累了寶貴的經(jīng)驗。