液体静压导轨恒流量控制的设计与分析

　　0　前言

　　在大、重型机床和精密机床上,由于运动部件自身的重力和巨大外载荷(工作力)的作用,在移动导轨上产生的比压很大,有些机床由于自身的结构特点,其作用力不可能均匀分布在导轨面上,作用力集中的部位产生的比压就特别大,这使得两相对运动面产生的摩擦力很大。由于以上原因,会产生以下几种不良后果:

　　(1)移动部件移动时会出现爬行现象,低速运动时更为明显,严重影响机床的正常运行和使用。

　　(2)导轨面磨损大,直接影响加工工件精度,缩短机床使用寿命。

　　(3)移动部件传动功率增大,消耗能源。

　　基于以上原因,在大、重型机床和精密机床运动部件上普遍采用液体静压导轨来保证机床的正常工作。以下简称静压导轨。

　　1　静压导轨的工作原理

　　静压导轨是在2个相对运动的导轨间通入压力油,在压力的作用下,将运动部件顶起,通常称为浮起。工作过程中,移动部件在运动或静止状态下,始终与导轨间成为纯液体摩擦状态(46号抗磨液压油摩擦因数只有0·000 5),从而大大减小了两导轨面相对运动时的摩擦力。

　　图1是静压导轨的最基本的类型。压力由溢流阀6调定,为p1。当压力油经过节流器9后,由于节流器阻尼作用,使得压力降为p2进入导轨油腔,当压力达到足以克服运动部件载荷F (运动部件自身重力+外负载)时,运动部件被浮起。当浮升达到h时,导轨间的压力与运动部件载荷F相平衡,运动部件停留在平衡位置上,油液始终从厚度h值的间隙中向外流出。这时的床身与运动部件由h厚度的油膜隔开,它们之间的运动摩擦成为纯液体摩擦。

　　当运动部件的载荷F增大时,运动部件有下沉的趋势,由于节流器的阻尼作用,油膜被压缩时,间隙的油液外流液阻增大,使得压力p2增大,与部件载荷达到新的平衡。

　　在最大承载能力范围内,负载变化时,油膜相对于负载的变化率称之为油膜刚度。这是静压导轨设计的一个重要指标。油膜刚度越大,静压导轨性能越好。图1中,节流器9的种类一般有毛细管节流器、小孔节流器、薄膜反馈节流器等。刚度最高的是薄膜反馈节流器,小孔节流器和毛细管次之。薄膜反馈节流器能获得很高的油膜刚度,但在制造时,因薄膜粗糙度、调整不当等影响,使用时会出现负刚度,使静压系统出现不稳定状态。

　　如果将图1中节流器9和溢流阀6取消,使油泵输出油液全部进入静压油腔,静压油腔压力等于油泵压力,压力随负载变化而变化,系统将成为恒流量控制静压导轨系统。

　　2　恒流量控制静压导轨的特点

　　恒流量控制静压导轨的油膜刚度仅次于薄膜反馈的节流器,但优于毛细管节流器和小孔节流器,而且不会出现负刚度。