淺談石材機械中靜壓導軌的應用

【摘要】石材機械中導軌是石材機械關鍵的運動零部件之一，直接影響石材機械的工作性能，使用壽命以及石材表面的加工質量，本文分析了石材機械設計制造常用的幾種導軌，著重介紹靜壓導軌，并探討了在制造和使用中應注意的問題。

【關鍵詞】靜壓導軌；石材機械；加工質量

1.導軌的基本要求

在石材機械中，導軌是主機往復運動精度的關鍵，起到導向和承載作用，必須具有足夠的強度能安全支承主機；在運行工作時阻力小，保證主機準確地進行來回的運動；同時還必須耐用，維修方便。

導軌是由兩部分構成：一部分在工作時固定不動，通常稱為支承導軌，一般把支承導軌和機器的底座做成一體，支承牢固可靠。另一部分相對于支承導軌作直線往返運動，通常稱為動導軌。由于導軌是承載的運動件，對導軌的基本要求有：導向精度和耐磨性，疲勞強度和壓潰、剛度、承載能力平穩和工藝結構性等。

1.1導向精度

導向精度主要是指動導軌沿支承導軌做直線運動的準確程度。導向精度的高低，主要取決于導軌的結構類型；導軌的幾何精度和接觸精度；導軌的配合間隙、裝配質量和結構形式，油膜厚度和油膜剛度；導軌和基礎件的剛度和熱變形等。

1.2耐磨性

是指導軌在長期使用過程中能否保持一定的導向精度。導軌的耐磨性主要取決于導軌的結構、材料、摩擦性質、表面粗糙度于表面硬度、受力情況等。因導軌在工作過程中難免有所磨損，所以應力求減少磨損量，并在磨損后能自動補償或便于調整。提高導軌的耐磨性，需采用獨立的潤滑系統進行正確的潤滑與保護。

1.3疲勞與壓潰

由于過載或接觸應力不均勻，導軌面將產生彈性變形形成疲勞點，表面形成龜裂、剝落而出現凹坑，這種現象就是壓潰。疲勞和壓潰是滾動導軌失效的主要形式。為此應控制滾動導軌承受的最大載荷和承受的均勻性。

1.4剛度

剛度體現抵抗載荷的能力，通常將抵抗恒定載荷的能力稱為靜剛度，而稱抵抗交變載荷的能力為動剛度。導軌剛度的不足，將影響部件之間的相對位置精度和導軌的導向精度，使導軌面上的比壓分布不均勻，加劇導軌的磨損。

1.5低速運動的平穩性與結構工藝性

導軌在低速運動時，作為運動部件的動導軌易產生“爬行現象”。爬行的產生與導軌的結構和潤滑，動、靜摩擦因數的差值，以及導軌的剛度等有關，動、靜摩擦力差值越大、傳動系統剛度越差以及運動件的質量越大，越容易產生爬行。對于一個特定的機械運動系統，只有當速度低于某一數值時，機器才會出現爬行現象，這一速度稱為不發生爬行的臨界速度Vk。爬行現象的產生會嚴重影響石材表面的加工質量。

2.導軌的分類、比較

2.1導軌分類

根據導軌的摩擦性質，通常把導軌分為：滑動導軌、滾動導軌。其中滑動導軌根據結構形式又可分為：混合摩擦導軌、邊界摩擦導軌、液體動壓導軌、液體靜壓導軌以及液體動靜壓導軌。

2.2滾動導軌的特點及裝配要求

滾動導軌是兩導向面之間放置滾珠、滾柱或滾針等滾動體來實現兩導軌無滑動地進行相對運動，兩導軌表面之間為滾動摩擦。這種導軌磨損較小，因而導軌的壽命長，定位精度高，靈敏度高，運動平穩可靠，但由于結構復雜，抗振性較差。對于石材機械，尤其是切石機，工作環境較差，灰塵多，負載重且帶有沖擊，使用滾動軸承有一定的局限。

滾動導軌的滾動體基本上有三種：滾珠式、滾柱式和滾針式，它們共同特點是：動靜摩擦因數基本相同，啟動阻力小，因此不會產生爬行，且低速運行時穩定性好；定位精度高，運動平穩，微量移動準確，能夠保證滾動導軌具有較高的定位剛度；在預緊的情況下，能夠提高剛度和抗振性，并能夠承受較大的沖擊和振動。由于滾道機械加工的誤差以及滾動體制造成的誤差，即使在預緊的情況下，也難以做到所有的滾動體與滾道表面都能接觸，造成受力不均，磨損不一。潤滑情況不好時更易造成磨損和壓潰。

2.3滑動導軌特點及裝配要求

①金屬面導軌，由于啟動阻力大，容易產生爬行現象，而且低速運行時穩定性差，對于低速重載的機械系統這些缺點表現更為明顯。另外這種導軌一般采用注油方式進行潤滑，潤滑效果不是很理想，導軌在磨損后修復困難。因此，在較為精密的設備中很少使用。

②塑料導軌使用中一般是鑲在金屬導軌面上使用的，具有摩擦因數低，而且動、靜摩擦因數比較接近，可在無潤滑的情況下進行工作，吸振性好；磨損后維修方便。但其缺點是耐熱及導熱性較差，且熱脹系數比金屬要大，工藝上通過設計制作較薄的塑料層也能較好的解決這一問題，所以塑料導軌目前使用較為廣泛。

③液體靜壓導軌：液體靜壓導軌是在導軌面上設計并加工一系列油腔，工作時油腔中通人一定壓力的壓力油使動導軌浮起，油腔中的油壓隨外載荷的變化自動調節，從而保證導軌面間始終處于純液體潤滑狀態，而且具有自動調節偏心負載的作用。靜壓導軌在大負荷、低速時其工作性能非常優越。

石材機械中使用的靜壓導軌一般是在動導軌上加工油腔，油腔加人壓力油，使得動導軌的摩擦面之間產生一個與主機負載（動導軌負載）相反的力，當這個所加的力與主機負載相平衡，導軌摩擦面之間就形成了一層油膜，使導軌接觸面完全不接觸。當所加的壓力油產生的液壓反力小于主機負載，導致不足以支承主機負載時，導軌面之間不能形成油膜使導軌面完全脫離接觸，但由于導軌面之間的粗糙度可以滲人油液，起到潤滑作用，仍然可以大大減少導軌之間的摩擦力，改善導軌的工作條件。液體靜壓導軌按照導軌面的摩擦狀況分為完全平衡型靜壓導軌和不完全型靜壓導軌。對于完全平衡型靜壓導軌，導軌面之間形成油膜，導軌面之間摩擦力很小，可以避免導軌面的磨損，延長導軌的使用壽命，而且工作可靠。

④靜壓導軌具有以下的特點：

（a）摩擦因數極小，一般情況下，摩擦因數不超過2x10-3。

（b）油膜厚度幾乎不受速度的影響，即使在速度極低的情況下，導軌也不會產生爬行現象。

（c）由于油液幾乎不可壓縮，油液的彈性系數非常高，即油膜剛度高，抗振性能好。

（d）由于油液幾乎不可壓縮，系統的動態響應速度快，保證工作的可靠性。

（e）缺點是由于存在一定的泄漏，使用中需要增加一套獨立的供油系統，對油液的清潔度要求較高，另外石材機械工作環境比較差，灰塵多，容易污染供油系統。因此在石材機械導軌設計制造時，必須考慮導軌和供油系統的密封，防止外物侵人，同時油路中還要有良好的過濾裝置，這是由于外物的侵人會造成管路的堵塞，閥芯工作不正常，系統供油不穩定，加劇導軌和液壓件的磨損。

從以上靜壓導軌的特點來看，如果能解決靜壓導軌在使用中的不利條件，在中大型石材機械裝備中，使用靜壓導軌具有很多優點，應該大有可為。

3.系統的防塵

油液中顆粒的存在，會導致導軌的磨損，同時也會增加油膜厚度，降低油膜的剛度。導軌上防塵裝置的設計，必須能完全隔離外物的浸人，保證油液的清潔。

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