重型落地铣镗床静压导轨形式的分析

　　摘要：针对目前国内数控落地式铣镗床回转工作台结构缺点,介绍一种新型重型数控落地式铣镗回转工作台结构。新结构的回转工作台支撑导轨均采用闭式静压导轨结构；定位锁紧机构结构简单,不易引起工作台变形；传动链均采用闭环控制,该回转台具有承载能力强、回转及定位精度高、可联动切削等特点。

　　关键词：重型机床；静压导轨；落地铣镗床

　　重型数控落地铣镗床是采用当代机械、电气、液压等新技术设计而成的用途广泛的重型通用金属切削机床。机床除具有自由伸出的镗轴能完成落地镗床所能进行的加工外，还具有自由伸出的方滑枕，在方滑枕内装有铣轴与镗轴。通过铣轴端键可带动装在方滑枕前端的直角铣头、万能铣头、伸长铣头及平旋盘等多种附件的主轴运动。使机床不仅能实现大直径及大平面的重切削，而且能加工很多工件的内腔、内腔侧面、内腔孔及大端面止口。其在配合回转工作台使用时，可在一次装夹内完成多面加工,是国防军工、航天航空、矿山机械、工程机械、交通运输等国家重点行业主要加工设备。重型数控落地铣镗床的床身导轨副性能直接关系到整台机床的相关性能。根据重型数控落地铣镗床的使用环境及加工特点，综合各种形式导轨的特点，最终确定重型数控落地铣镗床的床身导轨副采用恒压闭式静压导轨形式。

　　1.静压导轨的原理及特点

　　静压导轨是利用外部供油系统的压力将一定量的油液输入到两导轨接触面之间，伴随着压力油液的注入，导轨面之间会产生悬浮形成一定的压力油膜。该处的压力油膜将承载导轨间全部的载荷，使得两导轨之间达到静压力平衡状态。在机床的正常工作的状态下，导轨间的压力油液不断补充与外泄，使导轨间静压油膜始终处于平衡与稳定的状态。

　　静压导轨的特点： （1）两导轨面之间在形成压力油膜之后不受工作速度的影响，因而工作状态下导轨间的相对速度范围较大，调速范围较宽。 （2）在工作状态下，由于静压油的不断补充，使两导轨之间始终保持着压力油膜，因此工作状态下导轨间呈现悬浮状态，两导轨之间无接触。进而可以避免导轨的摩擦损耗，提高导轨的使用寿命，长期保证机床设备的稳定性与精度。 （3）导轨间的压力油膜始终被控制在固定厚度以内，保持导轨间静压力平衡。因此油膜刚性较强，抗振能力突出，设备使用精度稳定。 （4）根据机床设备的结构分析与参数建模，可以很方便的计算出静压导轨间的承载压力和油膜刚度，满足设备使用条件。 （5）两导轨间的静压油膜承载了导轨间全部载荷，在机床设备的安装与调试阶段通过控制供油压力可以很方便的提高机床设备的制造精度，并且在日常维护当中方便快捷。

　　2.重型落地铣镗床恒压静压导轨的分析

　　液体静压导轨主要结构形式：1）恒压闭式液体静压导轨载荷沿油垫的法线方向支撑面，被支承件可沿与油垫法线成 90 毅的任意方向滑动。开式静压导轨被限制用在载荷总是指向导轨的情况下，依靠运动件的自重及外载荷保持移动件不从床身上分离，不能有相反的载荷，并且不要求有特别高的刚度，它属于力封闭形式。只能水平放置或倾斜一个较小的角度。开式液体静压导轨具有的特点：承受正向载荷能力大；承受偏载荷及颠覆力矩的能力较差，不能承受反向力；结构简单制造调整容易。开式液体静压导轨适用在载荷分布均匀、偏载小、颠覆力矩小的水平放置或仅有较小倾角的场合。目前这种导轨主要用于支撑以不大于中等速度运动的中型载荷，并同径向和推力静压轴承配合使用。2）恒流闭式液体静压导轨的载荷沿油垫法线的正方向或反向压向支承面，被支承件可沿与油垫法线成 90毅的任意方向做相对滑动。闭式静压导轨只有在其移动方向的一个自由度，其余自由度都由导轨结构所约束，亦称几何封闭。闭式液体静压导轨具有的特点:能够承受正、反方向的载荷，油膜刚度高；承受偏载及颠覆力矩的能力强；加工制造及油膜调整较复杂；导轨本身的结构刚度要求较高，尤其是副导轨的结构刚度要求较高；闭式导轨一般采用不等面积的油腔结构，比较经济。闭式液体导轨适用于载荷分布不均匀、偏载大及有正、反方向载荷的场合。

　　3.两种形式静压导轨在重型机床的应用及总结

　　为解决目前国内数控落地式铣镗床回转工作台结构上的不足，设计完成了一种新型重型数控落地式铣镗床回转工作台，新型工作台结构采用重心驱动原理，保证工作台重载时移动的精度；依靠双电机双齿轮驱动装置带动齿圈，并配合闭式恒压静压导轨，可实现工作台的高精度连续回转；定位夹紧机构在闭式静压导轨上部导轨内，且夹紧时着力点位于闭式静压导轨区域内，锁紧时不会引起工作台变形。此结构的每条传动链都采用闭环控制。可实现回转工作台重载、高精回转、联动加工。

　　恒流与恒压是静压技术的两大流派 , 各有其特点，适应不同的结构。在载荷变化很大的机床中 , 由于油膜的压力随外载荷的变化而变化，所以许多国内许多生产龙门、立车的生产厂家采用恒流结构；而恒压适用于外载荷无变化或变化很小的机床结构 . 如铣镗床 , 国外帕玛、斯柯达、茵塞等生产铣镗的老牌厂家都用这种结构。恒压静压导轨是目前在重型落地铣镗床上普遍采用的静压导轨技术，经过几十年的发展，技术非常成熟。在设计过程中，选择一种既能能满足刚性和动态性能的要求，还要能够调整的静压导轨方式，与恒流静压相比，明显恒压静压导轨更胜一筹。

　　4.结束语

　　此种新型重型数控落地式铣镗床回转工作台结构设计合理、变形小、精度高，并可实现重载、高精回转、联动加工，已成功应用在机床中。新式的结构解决了目前国内现有数控落地式铣镗床回转工作台在结构上由于采用开式静压导轨支撑、结构复杂的定位装置及夹紧机构夹紧时引起工作台变形等缺陷，可为国内机床行业提供借鉴。

　　参考文献：

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　　[2]王世晋.浅谈机床爬行故障的诊断与排除[J].科技创新与应用,2014(02):75.

　　刘 忠 杨 明