重型龍門導軌靜壓技術

李 寧

（沈陽機床 中捷機床有限公司 遼寧 沈陽 110141）

1 靜壓導軌的分類

按結構形式分為：開式靜壓導軌和閉式靜壓導軌

開式靜壓導軌：壓力油經節流器進入導軌的各個油腔，使運動部件浮起，導軌面被油膜隔開，油腔中的油不斷地通過封油邊而流回油箱。當動導軌受到外載荷作用向下產生一個位移時，導軌間隙變小，增加了回油阻力，使油腔中的油壓升高，以平衡外載荷。

閉式靜壓導軌：在上、下導軌面上都開有油腔，可以承受雙向外載荷，保證運動部件工作平穩。

按供油情況分為定量式靜壓導軌和定壓式靜壓導軌

定壓式靜壓導軌：指節流器進口處的油壓壓強是一定的，這是目前應用較多的靜壓導軌。

定量式靜壓導軌：指流經油腔的壓力油流量是一個定值，這種靜壓導軌不用節流器，而是對每個油腔均有一個定量油泵供油。由于流量不變，當導軌間隙隨外載荷的增大而變小時，則油壓上升，載荷得到平衡。載荷的變化，只會引起很小的導軌間隙變化，因而油膜剛度較高，但這種靜壓導軌結構復雜。

本文探討的是閉式恒流量靜壓導軌。

2 導軌靜壓技術的簡單計算

2.1 理論計算依據

靜壓理論計算遵循平行平板間隙流公式，詳細計算如下：

平行平板間隙流公式：

Q—靜壓油的流量；

f—系數，取1/12；

△P—壓力差，在此處即為P；

B—靜壓油流出邊的邊長；

h—壓板與導軌間的間隙；

L—靜壓油流出距離；

η—靜壓油的動力粘度。

其中B、h、L可根據經驗給出，則P（壓力差）大小取決于Q（靜壓油的流量），而Q（靜壓油的流量）的大小取決于選取的節流閥流量。傳統的毛細管節流閥（恒壓式）因承載偏載能力差和油膜剛性低等缺點現已被替換為我廠使用的多頭泵（恒流量式節流閥），由平行平板間隙流公式可以看出恒流量時油腔壓力P與導軌間隙h的三次方成反比，故導軌間隙微量的變化就能獲得較大的油腔壓力增量，因此油膜剛性度較高，在實際應用中也有較好的效果。

2.2 實際計算舉例

以床身靜壓導軌為例，將床身的移動部件與床身分開

首先，根據經驗選出恒流閥的流量，由于恒流閥的流量規格并不連續，因此可以先選定恒流閥的規格，然后通過公式校驗所選恒流閥流量是否合適。

此處應按照機床靜止并且以其中一側為例計算，此時應按照載荷最大時的情況計算，即為移動部件最重時，滑板及滑枕等水平移動部件在該側床身的正上方，此時該側床身承受的載荷最大。

通過移動部件各部件的累加得出該側床身承受的最大載荷為100t（粗略計算值），而由于該側床身由兩根導軌組成，每根導軌上面設有5個潤滑點，折合到每個點的重力為10t，即為100KN，這樣就可以計算出100KN的重力在每個靜壓油腔接觸面上產生的壓強P，接觸面積如圖1所示。

圖1

L1、L2分別為靜壓油腔的長和寬，根據經驗值取690mm、160mm，L為靜壓油腔與導軌接觸面寬度，取40mm，而實際的接觸面積按圖中虛線面積所示，因此面積S=（L1-L）（L2-L）=（690-40）X（160-40）=78000mm2，因此，

B為靜壓油流出邊的長度，由于靜壓油是從油腔四周流出的，此處需要取油腔的平均周長，即為上圖中虛線的周長，u=[（L1-L）+（L2-L）]X2=1540mm；

h為壓板與導軌間的間隙，此處取最佳經驗值35μm，根據經驗最佳的間隙范圍為：35μm±5μm，尤其是間隙的最小值與壓板平面度及導軌的加工精度有關；

L為靜壓油腔與導軌接觸面的寬度，此處為靜壓油從油腔內流出油腔的路徑長度，根據經驗值取40mm；

η此處為靜壓油的動力粘度，由于床身用的靜壓油為ISOVG46#油，按照室溫20℃時，為1.2×10-7NS/mm2；

Q根據恒流閥的規格，此處先選流量為0.15L/min，約為2500mm3/s；

此處根據公式，反推出計算壓強P的公式為

由于我們選用的靜壓導軌為閉式機構，因此，我們求出來的P其實為?P，因為除了導軌對滑座的向上的支承力外，還有導軌下面壓板的壓力。

G=FT-Fu=100KN

G：導軌上移動部件重量；

FT：導軌對滑座的向上的支承力；

Fu：導軌下面壓板對滑座向下的壓力；

根據以上計算得出滑座靜壓點的壓力P=2.18N/mm2，轉換成壓力

FT=PS=2.18N/mm2×78000mm2=170KN

對與壓板的壓力計算與滑座的相似，用同樣的公式：

Q1為壓板靜壓點所選恒流閥流量，此處取流量為0.3L/min，約為5000；

L1為壓板靜壓油腔與導軌接觸面的寬度，取經驗值21mm；

B1的數值發生了變化，由于壓板靜壓油腔的長度L1與滑座相同，而寬度要窄一些，因此L21的值為70mm，因此，根據相同的原理，面積

S1=3278mm2，周長 B1=1436mm；

因此 壓板靜壓點的壓強

壓板靜壓點的壓力

校驗

這樣就可以通過調整導軌上下面靜壓點的流量來再次驗算，從而實現FT-Fu＞G。

選型原則

最后，通過計算得出的恒流閥的流量需要乘以系數再進行選型，滑座上的靜壓點選恒流閥時應該在原流量的基礎上乘以1.5，壓板上的靜壓點選恒流閥時應該在原流量的基礎上乘以2。

靜壓油腔的間隙驗算可以通過驗算表格來校驗。

3 結語

導軌靜壓技術是重型龍門產品導軌運用的主要技術，也是核心技術。盡管導軌靜壓技術得到了廣泛的應用，但仍有不足之處。導軌靜壓技術的提高可以給予重型龍門產品一個質的飛躍。所以持續對導軌靜壓技術的投入和研發對未來機床發展有著積極的意義。