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1.6⽶圆台⽴式磨床采⽤恒流静压导轨的研制
本⽂介绍了1.6⽶精密圆台⽴磨中⼯作静压导轨供油⽅案的确定，恒流静压导轨的设计与计算。 1 引⾔
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对于精密圆台⽴式磨床来说，要保证磨削⼯件的⼤平⾯粗糙度低、精度⾼，除了要求磨头好以外，还要求⼯作台的⼯作性能要好。⽬前国内外⽣产的φ1.6⽶精密圆台⽴式磨床中,⼯作台导轨基本上采⽤滚动导轨，经调查，滚动体磨损后⾼精度易于丧失，抗振能⼒不强，在磨削⾼精度的⼤平⾯时，粗糙度值也不理想。⽽静压导轨与它⽐较，具有更⼩的摩擦阻⼒，使⽤寿命长，动态特性好，运动刚度好，有⼀定的吸振能⼒，运动精度⾼。滚动导轨难于与静压导轨媲美，且国产静压系统与进⼝⼤型特级平⾯滚动轴承在价格上也相差不⼤。因此，我们在研制φ1.6⽶精密圆台⽴磨(该项⽬为原机械⼯业部1997年机械⼯业科学技术发展计划项⽬)中采⽤了静压导轨，效果好。下⾯对本课题中静压导轨的设计作⼀介绍。 2 静压导轨供油⽅式的确定
就供油⽅式⽽⾔，液体静压导轨⽬前分为恒压和恒流供油两⼤类。近年来德国、⽇本、美国等⼯业发达国家⽣产的机床，对液体静压导轨的供油⽅式，不是千篇⼀律采⽤某种⽅式，有采⽤恒流供油⽅式，也
有采⽤恒压供油⽅式，这样做有可能取决于传习惯和供油系统的辅助件研制过关与否⽽定。
图1所⽰为每两个油腔共⽤⼀个节流器，油泵供油压⼒⽤溢流阀调整，始终将压⼒控制在某个合理数值上，即所谓恒压式，图2所⽰为每个油腔均有⼀个油泵全流量供油，即所谓恒流式，两种供油⽅式⽐较如下: 图1
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图2
(1)由于⼯作重量不均，基础件刚度有限，卡紧⼒引起局部变形，以及欲想基础件加⼯精度、粗糙度和安装调试要求特⾼和稳定，均难达到。由此导轨上各个油腔压⼒不可能均匀，若某个油腔达到或接近⼀定的油泵压⼒时，静压就⽆法建⽴。采⽤恒流导轨没有溢流阀，只要有⾜够的流量，就能够保持导轨之间脱离接触，形成纯液体摩擦。该系统的压⼒储备⼤，过载能⼒强。
(2)由于外界飞扬尘埃，运转中某些剥离下⾦属，油中析出的杂质，以及基础件内腔中某些残存脏物会使油污染，节流器⼀旦被堵塞，恒压导轨的油腔失压，破坏了静压。若采⽤恒流静压,⽆节流器，即⽆堵塞现象发⽣,⼯作安全可靠性⾼，但润滑油仍需精密过滤，以防研伤导轨。
(3)恒压式油泵供油压⼒⾼于油腔压⼒时，即通过节流器产⽣压⼒降，有压⼒降就会有热量产⽣，要维持供油压⼒，溢液阀⼀定要溢流，该部分溢流既消耗功率,⼜产⽣热量，结果油温升⾼，导致机床热变形⼤，降低机床运动精度，甚⾄于还有可能使静压导轨不能正常⼯作。
(4)就油膜刚度⽽⾔，恒流静压系统所具有的刚度,⽐恒静压系统中有反馈节流系统要差⼀些，但⽐有固定节流系统要好得多。
根据上述⼆者之利弊,⽬前选择恒流供油⽅式是⽐较合理的。同时基于湖北某机床⼚⼆⼗多年采⽤恒流
静压导轨的机床,⽆⼀因供油⽅式⽽产⽣故障。因此本磨床液体静压导轨的供油采⽤湖北某机床⼚现⾏⽣产的1WZS04型⼗个头恒流量分油器，其原理
图见图3。恒流量分油器的⼯作原理、⼯作性能和参数，以及⼯作安全性，在此不作叙述。
1—电动机 2—飞轮 3—精滤器 4—变量泵 5—精滤器
6—溢流阀 7—恒流量分油器 8—压⼒继电器
9—压⼒表 10—底座油腔 11—⼯作台
图3
3 静压导轨的设计与计算
(1) 1.6⽶圆台⽴式磨床的⼯作台与底座设计主要技术参数
①⼯作台直径: 1600mm
②⼯作台转速:0.8～32r/min
③最⼤磨削直径: 1800mm
④⼯作台重量:W1＝18kN
⑤⼯作台上磁吸盘重量:W2＝12kN
⑥⼯件最⼤重量:W3＝60kN
(2)液体静压导轨的设计
如图4所⽰，导轨外径为 1200mm，内径为 1000mm，均布⼗个油腔，每个油腔除外周回油外，还设置径向回油槽，径向回油槽作⽤有⼆，既可作内周回油道,⼜可作油腔之间断压槽⽤，以免压⼒互相⼲扰。内外有⼀道⾼1.5mm围墙，使导轨始终泡在润滑油中⼯作，以免在回转时将空⽓带⼊油腔⽽失压，若油路系统发⽣故障，突然停车，导轨间仍保持有油润滑，不会产⽣⼲摩擦。油腔开在底座上,⼯
作台导轨镶有锌铝铜合⾦导轨板，为了液体静压导轨预载,⼯作台⾄导轨处⾼375mm，使其承受刚度是⾜够的。
(3)液体静压导轨计算
①油腔压⼒计算
油腔尺⼨如图5所⽰，虚线表⽰每个油腔承受压⼒的有效⾯积Ae:
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图4
图5
空载时⼀个油腔压⼒:
满载时⼀个油腔压⼒:
②静压导轨机械油的选择
众所周知，机械润滑油的动⼒粘度与温度有关，如果粘度随温差变化⼤，则流量的变化⼤
，这对恒流静压导轨很不利，需要经常调整变量泵。下⾯通过查⼿册取⼆种机械润滑油的动⼒粘度进⾏⽐较。
10#机械润滑油:
µ10℃=44.64×10-3Pa·s,µ40℃=14．29×10-3Pa·s
30#机械润滑油:
µ10℃=250×10-3Pa·s,µ40℃=42×10-3Pa·s
由上可知,10#机械润滑油µ10℃/µ40℃＝3.124倍,30#机械润滑油:µ10℃/µ40℃＝
5.952倍，显然,10#机械润滑油的动⼒粘度随温差变化量⼩。因此，选⽤10#机械润滑油。
③油腔流量计算:
Q＝pλh3/(12µ)
p——油腔压⼒(Pa);
h——油膜厚度(m)；
λ——节流边系数；
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µ——润滑油动⼒粘度(Pa·s)。
取h＝9×10-5m。
10℃时满载的总流量:
发货系统Qεµ10℃＝10Qµ40℃＝6L/min
40℃时满载的总流量:
Qεµ40℃＝10Qµ40℃＝19L/min
选⽤YBX型变量泵供油，额定流量为25L/min。根据油膜剪切消耗功率计算，若贮油箱容量选⽤⼤于600L，则油液温升只在≤20℃左右,⾜以保持安全可靠⼯作。
④油膜的剪切功率计算:
当⼯作台旋转时，油在导轨间受剪切，必须消耗功率。由于液体静压导轨⽆直接⾦属接触，也就⽆摩擦损失。因此，只有⼯作台导轨与底座导轨的相对速度，使油受剪切，其剪切⼒⼤⼩与润滑油动⼒粘度、⾯积、相对速度成正⽐，与间隙成反⽐，其公式:
F'＝µAv／h
剪切⼒矩: M＝F'r
剪切所消耗功率:N＝1.075×10-7µΑr2n2/h
式中:A——底座上的静压导轨与⼯作台导轨实际接触⾯积(油腔、径向回油槽不计算在内),A ＝(602-56．62+53．42-
502)π+3．2×3．4×2×10-5×10×10＝2066．32cm2＝2.06632×10-1m2；
r——导轨宽度的⼏何中⼼到导轨圆⼼O的半径,r=(60-50)÷2+50=55cm=0.55m；
n——⼯作台最⾼转速(r/min)。
⑤油膜刚度计算:
J＝F／e
式中:F——载荷
e——从原始载荷状态开始计算的位移量
F＝W1+W2+W3＝90000N
e=0～h=0～9×10-5m=0～90µ
∴Jmin＝90000／90＝1000N／µ
4 结束语
由于静压导轨具有⼀系列的特点，加之⼜采⽤了恒流量供油⽅式，所以使得磨床的摩擦阻⼒⼩,⼯作可靠，动态特性好，抗振性强，运动刚度好，运动精度⾼，从⽽磨削⼯件精度⾼。
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