重型落地铣镗床静压导轨形式的分析

刘鹏博

摘 要：伴随着工业4.0的全面升级，装备制造行业也得到了飞速的发展，同时我国重型数控母机设备的制造能力得到了大幅的提升。我国自主研发、制造的世界镗轴直径最大的超重型落地铣镗床：TK6932型超重型数控落地铣镗床，不仅代表了我国重型母机设备的制造能力已经达到世界顶级水平，也突破了特大零部件极限加工技术的瓶颈。为我国整体装备制造水平的提升起到了推进作用。本文将针对重型数控落地铣镗床静压导轨形式进行分析及阐述，希望可以提高大家对重型落地铣镗床导轨形式的了解与认识。

关键词：重型机床；静压导轨；落地铣镗床；机械制造

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.040

1 静压导轨的原理及特点

静压导轨是将一定量的油液利用外部供油系统的压力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。在机床设备正常工作的状态下，导轨间的压力油液不断补充与外泄，使导轨间始终处于平衡与稳定的状态。如下图所示：

静压导轨的特点：

（1）因为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）机床设备在工作状态下，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及恒流静压导轨的分析

重型落地铣镗床恒压静压导轨的特点：

（1）压力油液通过一条管路，分布到各个静压供油点。

（2）各个静压供油点通过螺旋阻尼装置调整各自供油点的静压力值，数值显示在各供油点的压力表上面。

（3）各个静压供油点独立供油、独立调整，维护方便，调整便

捷。

（4）静压导轨的一条导轨上贴附锌基耐磨合金导轨板，在装配调整及日后维护、维修时，可以通过刮研、加修或者更换合金导轨板的方式達到使用要求。

（5）恒压静压导轨间的油液流量变化，油液压力固定，油膜的厚度在加工作业过程中未发生改变。

（6）恒压静压导轨可以通过补偿系统实时控制各个静压油腔，并且综合补偿机床各部位。

（7）恒压静压导轨的各个静压油腔的分布类似于毛细血管的形式。在各别静压油腔出现塞堵的情况下，整个静压油膜的压力值通过调整不会改变，只要更换塞堵油腔的独立油管就可以恢复故障，操作简单，维护方便。

重型落地铣镗床恒流静压导轨的问题：

（1）恒流静压导轨的静压油膜形成过程是靠多头泵供油实现的。恒流静压导轨的基础是各个油液输出点的流量一致和静压油膜的厚度一致。而实际多头泵国外最好的流量差为5%，国内的10-15%，在流量很小的情况下，这样的流量差是不允许的；油膜的厚度决定于导轨的平面度和直线度，现有的制造水平严重影响恒流油膜的厚度一致性。以上两点导致计算的理论基础出现问题，在精度要求不高的情况下，是可用的，在精度要求很高的卧式铣镗床上并不适用。这说明恒流静压导轨的性能决定于结构和制造水平，在制造水平一定的情况下，如果有优选的话，尽量避免使用恒流静压导轨。

（2）重型落地铣镗床滑枕补偿问题，恒流静压导轨无法实现。而恒压静压导轨能够实现导轨补偿。

（3）恒流静压导轨元件确定后，不可以调整，这在控制上是不能容忍的。例如流量、油膜厚度等，不能根据受力的不同而调整。

（4）导轨磨损后，恒流静压导轨通过改变油膜的厚度之后将直接影响其刚度，修复也很复杂。

（5）导轨采用多头泵的结构（即一个泵分出很多压力输出点），当其中有一个输出点堵塞时，需更换该多头泵或将该多头泵拆下清洗，维护难度大，维护成本高。

归纳一下：恒流静压导轨的性能决定于元件的精度，而目前制造水平的限制，无法达到设计的理想状态，实际的精度又不可以调整，因此在要求精度较高的卧式铣镗床上，在选择导轨方式的时候，尽量避免这样的状况。

3 两种形式静压导轨在重型机床的应用及总结

两种静压形式的导轨，恒压静压导轨和恒流静压导轨不存在刚性优劣的问题。恒流与恒压都是上世纪六十年左右的技术，是静压技术的两大流派，不存在谁好谁不好，只是适应不同的结构，龙门、立车等这种载荷变化很大的机床适合用恒流，因为压力随外载荷的变化而变化，国外机床企业生产龙门、立车的厂家用恒流结构；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，选择一种既能能满足刚性要求、动态性能，还要能够调整的静压导轨方式，明显恒压静压导轨更胜一筹。