重型龙门导轨静压技术

李 宁

（沈阳机床 中捷机床有限公司 辽宁 沈阳 110141）

1 静压导轨的分类

按结构形式分为：开式静压导轨和闭式静压导轨

开式静压导轨：压力油经节流器进入导轨的各个油腔，使运动部件浮起，导轨面被油膜隔开，油腔中的油不断地通过封油边而流回油箱。当动导轨受到外载荷作用向下产生一个位移时，导轨间隙变小，增加了回油阻力，使油腔中的油压升高，以平衡外载荷。

闭式静压导轨：在上、下导轨面上都开有油腔，可以承受双向外载荷，保证运动部件工作平稳。

按供油情况分为定量式静压导轨和定压式静压导轨

定压式静压导轨：指节流器进口处的油压压强是一定的，这是目前应用较多的静压导轨。

定量式静压导轨：指流经油腔的压力油流量是一个定值，这种静压导轨不用节流器，而是对每个油腔均有一个定量油泵供油。由于流量不变，当导轨间隙随外载荷的增大而变小时，则油压上升，载荷得到平衡。载荷的变化，只会引起很小的导轨间隙变化，因而油膜刚度较高，但这种静压导轨结构复杂。

本文探讨的是闭式恒流量静压导轨。

2 导轨静压技术的简单计算

2.1 理论计算依据

静压理论计算遵循平行平板间隙流公式，详细计算如下：

平行平板间隙流公式：

Q—静压油的流量；

f—系数，取1/12；

△P—压力差，在此处即为P；

B—静压油流出边的边长；

h—压板与导轨间的间隙；

L—静压油流出距离；

η—静压油的动力粘度。

其中B、h、L可根据经验给出，则P（压力差）大小取决于Q（静压油的流量），而Q（静压油的流量）的大小取决于选取的节流阀流量。传统的毛细管节流阀（恒压式）因承载偏载能力差和油膜刚性低等缺点现已被替换为我厂使用的多头泵（恒流量式节流阀），由平行平板间隙流公式可以看出恒流量时油腔压力P与导轨间隙h的三次方成反比，故导轨间隙微量的变化就能获得较大的油腔压力增量，因此油膜刚性度较高，在实际应用中也有较好的效果。

2.2 实际计算举例

以床身静压导轨为例，将床身的移动部件与床身分开

首先，根据经验选出恒流阀的流量，由于恒流阀的流量规格并不连续，因此可以先选定恒流阀的规格，然后通过公式校验所选恒流阀流量是否合适。

此处应按照机床静止并且以其中一侧为例计算，此时应按照载荷最大时的情况计算，即为移动部件最重时，滑板及滑枕等水平移动部件在该侧床身的正上方，此时该侧床身承受的载荷最大。

通过移动部件各部件的累加得出该侧床身承受的最大载荷为100t（粗略计算值），而由于该侧床身由两根导轨组成，每根导轨上面设有5个润滑点，折合到每个点的重力为10t，即为100KN，这样就可以计算出100KN的重力在每个静压油腔接触面上产生的压强P，接触面积如图1所示。

图1

L1、L2分别为静压油腔的长和宽，根据经验值取690mm、160mm，L为静压油腔与导轨接触面宽度，取40mm，而实际的接触面积按图中虚线面积所示，因此面积S=（L1-L）（L2-L）=（690-40）X（160-40）=78000mm2，因此，

B为静压油流出边的长度，由于静压油是从油腔四周流出的，此处需要取油腔的平均周长，即为上图中虚线的周长，u=[（L1-L）+（L2-L）]X2=1540mm；

h为压板与导轨间的间隙，此处取最佳经验值35μm，根据经验最佳的间隙范围为：35μm±5μm，尤其是间隙的最小值与压板平面度及导轨的加工精度有关；

L为静压油腔与导轨接触面的宽度，此处为静压油从油腔内流出油腔的路径长度，根据经验值取40mm；

η此处为静压油的动力粘度，由于床身用的静压油为ISOVG46#油，按照室温20℃时，为1.2×10-7NS/mm2；

Q根据恒流阀的规格，此处先选流量为0.15L/min，约为2500mm3/s；

此处根据公式，反推出计算压强P的公式为

由于我们选用的静压导轨为闭式机构，因此，我们求出来的P其实为∆P，因为除了导轨对滑座的向上的支承力外，还有导轨下面压板的压力。

G=FT-Fu=100KN

G：导轨上移动部件重量；

FT：导轨对滑座的向上的支承力；

Fu：导轨下面压板对滑座向下的压力；

根据以上计算得出滑座静压点的压力P=2.18N/mm2，转换成压力

FT=PS=2.18N/mm2×78000mm2=170KN

对与压板的压力计算与滑座的相似，用同样的公式：

Q1为压板静压点所选恒流阀流量，此处取流量为0.3L/min，约为5000；

L1为压板静压油腔与导轨接触面的宽度，取经验值21mm；

B1的数值发生了变化，由于压板静压油腔的长度L1与滑座相同，而宽度要窄一些，因此L21的值为70mm，因此，根据相同的原理，面积

S1=3278mm2，周长 B1=1436mm；

因此 压板静压点的压强

压板静压点的压力

校验

这样就可以通过调整导轨上下面静压点的流量来再次验算，从而实现FT-Fu＞G。

选型原则

最后，通过计算得出的恒流阀的流量需要乘以系数再进行选型，滑座上的静压点选恒流阀时应该在原流量的基础上乘以1.5，压板上的静压点选恒流阀时应该在原流量的基础上乘以2。

静压油腔的间隙验算可以通过验算表格来校验。

3 结语

导轨静压技术是重型龙门产品导轨运用的主要技术，也是核心技术。尽管导轨静压技术得到了广泛的应用，但仍有不足之处。导轨静压技术的提高可以给予重型龙门产品一个质的飞跃。所以持续对导轨静压技术的投入和研发对未来机床发展有着积极的意义。