定量供油理论在机床上的应用

林青++姜楠

摘 要：静压支承的运动副之间完全被油膜隔离，极大的减少了因表面加工误差所产生的影响，通过选取适当的油膜厚度，以达到消除大平面表面对精密机床的影响。液压支承在高速运动时因液体粘度极小，所以提高大型数控机床的效率。因此研究静压支承对工程机械是有积极意义的。

关键词：定量供油；工作台；静压

一、工程概况描述

本文所设计的样机（如图1.1）采用定量供油式十垫圆导轨，工作台自重（含工作台，齿圈，工装夹具等）G1=22000kg，工件最大重量G2=50000kg。载荷均布在导轨上，不考虑因切削力而引起的偏载（最大切削力30kN，仅为最大工件重量的1%）。最大转速40r/min，底座与工作台静压腔如图1.2所示。

图1.1样机成品（GTC630200）

图1.2底座与工作台静压腔

二、利用静压理论求解

对于开式定量油腔的计算均给予下图2.1的流程。

图2.1工作台静压分析流程

图2.2 导轨有效面积

（1）初定导轨结构尺寸

根据结构，已知L=890mm，B=170mm， b=147mm，l=830mm，n=10

（2）计算一个油垫的有效承载面积

（3）计算油腔压力

每个油垫的最小载荷为：

每个油垫的最大载荷为：

每个油垫的最小压力为：

每个油垫的最大压力为：

载荷变化系数为：

（4）确定导轨间隙

按照前面的推荐，取满载时的最小间隙，

（5）选择油

因立式车床中切线速度较高，选用22号机械油。

（6）计算每个油垫的流量

（7）计算满载时导轨的最大刚度

（8）计算空载时导轨的最大刚度

三、静压系统的装配及调整

（一）装配原则

装配原则：保证可靠的油膜厚度油膜的变化在对静压系统的诸多影响因素中是最大的，每变化0.001mm都会产生巨大的作用力。在通常情况下，只要保证可靠的油膜厚度，就基本可以实现静压要求。对于开式油腔而言，油膜的厚度是通过调节静压站流量来实现的。设计计算中，单边油膜厚度会取定在0.1±0.05mm范围内，最低不能小于0.05mm。最小值的设定是在考虑平面度（平面度按0.02mm计算）要求的情况下，保证留有油膜的最小值。一般情况下，我们在装配的过程中，通过流量计监视各静压腔流量，同时用定量泵保证各腔流量相同，有时为了保证工作台浮起量一致，弥补加工与装配的缺陷，在定量泵各加装流量控制阀来保证工作台各点浮起量的一致性。

（二）调整原则

保证合理的压力范围。恒流量静压系统的最大特点是：每个静压腔的压力与其所受负载大小成正比例关系，考虑到诸多因素，比如加工件、修配件的表面粗糙度以及各腔实际受力，每个腔的压力是不一样的，也是变化的。在设计计算中会规定一个压力范围，而在每个腔的支路中，都会有一个压力检测点，以检测各个腔的压力是否落在要求的压力范围内。机械结构的平衡实际上也是一种受力平衡的状态，静压油产生的抗力就是为了达到机械系统的平衡状态，这种效果也就是要求的各个静压腔的压力差。压力值的大小也是对静压系统状态的一种反馈信号。比如某个腔压力差过大，从基本理论公式中就能够反映出，这个腔的油膜间隙过小，反之压力差过小，则说明这个腔的油膜间隙大了。

（三）补偿原则

静压系统的补救措施在静压装配中，有可能会出现以下两种最糟糕的情况：一是油压达到要求了但是静压间隙超出要求，二是静压间隙达到要求了，而油压无法满足。这个时候就需要对基本理论公式进行灵活运用。如果这两种情况发生，可根据实际情况来定，可以对定量泵进行更换，最坏的情况可以考虑重新计算静压腔尺寸。例如，如果压力达到要求，但是个别腔间隙过小或者过大，首先需要查看与这个腔相配的面是否满足粗糙度要求，如果满足，接触面平整，可考虑更换大一号或小一号的定量泵，并在各油路上加装流量控制阀与流量传感器，对各路进行监视。

参考文献：

[1]庞志成.液体静压支承动态稳定性理论研究[J].哈尔滨工业大学学报，1982，9（3）：86-98.

[2]刘成祥.液体静压导轨恒流量控制的设计与分析[J].机床与液压，2008，36（7）：125—128.