动静压技术在镗床专机主轴上的应用
2015-12-4 来源： 济柴聊城机械公司 山东鑫亚股份公司 作者： 刘广强 丁延亮 赵国顺 姬景梅
摘要：动静压技术在19世纪被发现，但直至20世纪50年代才在发达国家兴盛起来，而我国从70年代开始研究，由于滚动轴承的迅速发展，静压技术在我国应用急剧减少。不过为提高主轴的回转精度，降低工件加工的表面粗糙度值，杜绝干式摩擦的发生，动静压技术有着不可比拟的优越性，值得我们从新审视。
１. 机床动静压技术改进的必要性
几年前，我公司为某柴油机厂制作了一台6180机体加工镗床专机，镗削主轴孔、凸轮轴及摇臂轴孔，其中主轴孔的精度对同轴及圆度等要求较高。设备制作初期，柴油公司的计划加工批量较小，设备的操作人员对设备保养尚能维持机床的精度。由于市场的需要，2012年对产品的批量加大，每月生产定额由5台左右提升到20台以上，由于设备保养不
善及设备本身结构的限制，经常出现研套现象。镗模架回转套及底套抱死现象经常发生，而每次都会对机床主轴孔的镗削精度带来或多或少的影响，只能利用抛光膏及研磨膏对研伤部位进行反复修磨，效率较低，严重制约了生产的进度。经技术人员分析认为，原镗专机结构原理较陈旧，镗专机主轴镗模架的回转套及底套如图1所示。
图1 主轴镗模架的回转套及底套简图
1.前镗模架 2.中间镗模架 3.后镗模架 4.回转套 5.主轴 6.底套
镗杆主轴直径120mm，回转套内孔直径180mm，外径直径210mm，采用四镗模架支撑主轴镗杆，两端镗模长度180mm，中间两个镗模限于机体两瓦当距离限制，镗模长度取80mm，回转套与底套之间利用油杯进行润滑， 依靠润滑油的重力流通， 效果不理想，属于半干式液体摩擦，回转套与底套之间间隙限于主轴孔镗削精度的要求单边仅为0.01～0.02mm，过于小的间隙，很难保证润滑剂将底套及回转套完全隔开，干式摩擦现象时有发生，摩擦系数较大，为0.1～0.3，主轴镗杆的重力及切削力的影响，又加大镗孔过程中圆周各个方向的不平衡性。
分析认为，如果将回转套及底套之间引入滚动轴承体，滚动体的磨损也是不可修复性的，精度同样不稳定，而采用动静压技术对镗模架回转套及底套结构改进，形成全液体摩擦，摩擦系数只有0.001～0.008，回转套及底套之间形成稳定的压力油膜，进而能彻底将二者隔开，杜绝干式磨损的发生，运动精度很高，回转误差一般在0.2μm以下，因而不但可以提高刀具的使用寿命，而且可以达到很高的加工精度和低的表面粗糙度值。
2. 设备采用动静压技术改进的简要过程
（1）形成液体的动静压轴承需要具备的条件：①轴承体回转套及轴承底套之间需要有一定的初始间隙。②润滑油具有一定的粘度。③轴承面与轴承表面间有一定相对速度。④工作时有偏心距（主轴镗杆重力因素的存在，底部间隙小于顶部）。⑥有一套供油装置， 具有稳定的压力。
根据以上基本条件，我们制作了简易的供油装置，原理如图2所示。
图2 静压原理图
（2）现以两端镗模回转套为例说明动静压技术的应用：①载荷。机床为半精加工、精加工，单边加工量在1mm以内，轴承承载力与速度无关。②主轴转速为20～400r/min。③轴承直径D＝180mm，按L/D=0.8～1.5选择，取轴承长度为180mm。④轴承初始间隙2h0=（0.000 4～ 0 . 0 0 0 7 ）D， 取h 0= 0 . 0 4 ～0.06mm。⑤由于机床为低速、均匀载荷故选取粘度较大的润滑油，本机床采用32#机械油。⑥轴承的轴向封油边C及周向封油边b，C=b约取D/10=18mm。⑦油腔的轴向宽度l=B-2C=140mm，为增加油腔的动压效应，将油腔开
为深腔及浅腔两部分，浅腔深度取5～10h0，深腔深度取≥20h0，深腔夹角36°，浅腔均布在深腔周围，夹角60°，具体如图３所示。⑧回油腔的选择在D=160～200mm时，回油槽宽度为6mm，回油槽深度取1.2mm，回油槽的尺寸要选择适当，也就是说要保证润滑油从外流出后回油畅通，另一方向又要使回油槽内充满润滑油且具有微小的压力，以防止主轴转动时将空气从回油槽带人轴承静压腔内，建立不起正常工作的压力。为保证回油顺畅，加工时将回油槽宽改为10mm。图4中的动静油腔可以在数控机床上加工，镗铣插补即可，在油腔四周加工出回油槽，在回转套与底套之间形成稳定的压力油膜，由于采取4个均布方向的动静压油腔，能有效地避免运转过程中的油膜振动。动静压油腔如图4所示。
图 3
图4 静动压油腔简图
图 5
1.O形圈槽 2.回转套（轴承体）3.定位键槽
3. 动静技术调试过程中需要注意的因素
在加工油腔的过程中，需注意回转套内孔尺寸已经精加工完，工件的装夹必须避免变形而均匀加持。对镗模架底套及回转套的所有棱角进行手工圆整，避免尖角、毛刺，最终装配前用丙酮进行清洗、脱脂棉进行擦拭，确保安装时轴承体清洁；安装完成后，先启动供油系统，让润滑油进行清洗整个润滑回路，在系统运转3～4h后，将油箱内所有油更换，加入新润滑油，这样系统进入工作阶段，起动供油装置，可以对主轴进行运转：先点动，确保运转顺利后，先低速旋转1～2h后，再依次更换高速；同时，调整系统压力，寻找主轴平衡的合适压力，如果出现振荡，说明回油口混入了空气，需适当提高压力及润滑油的粘度，整个过程需检测油温的变化，确保温度不能变化过大，否则需增加回油冷却装置。
设备调试完成后，对首件加工的主轴孔在德国三维坐标检测后，同轴度均为0.035mm以内，可能是回转套及底套之间间隙存在高点，又磨合了一段时间，接下来的几件同轴度均在0.02mm以内，达到设计目的，至今运行稳定。
整套装备在运行半年后，需对液压原理图所标出的精过滤器和粗过滤器的滤芯进行清洗，必要时更换新滤芯，确保润滑油清洁，设备运行中应注意保持主轴的清洁度，避免切屑等杂物进入回转套。
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