小孔節(jié)流閉式靜壓導(dǎo)軌修復(fù)及附屬件設(shè)計(jì)

■ 東風(fēng)雷諾汽車有限公司 （湖北武漢 430051） 栗成橋

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靜壓導(dǎo)軌技術(shù)在精密機(jī)床上應(yīng)用十分廣泛。由于靜壓導(dǎo)軌配套的輔助設(shè)計(jì)缺陷或日常維護(hù)不良，導(dǎo)致靜壓導(dǎo)軌損壞情況發(fā)生較頻繁，本文通過以下案例，說明靜壓導(dǎo)軌損壞后修復(fù)方法、并對(duì)靜壓導(dǎo)軌輔助件設(shè)計(jì)及其日常維護(hù)給出設(shè)計(jì)建議。

1.問題分析

某公司凸輪軸生產(chǎn)線經(jīng)過隨動(dòng)磨床加工后，全部凸輪表面存在整圈的軸向震紋。如圖1所示，檢測(cè)靜壓導(dǎo)軌上下浮起量（浮起量要求0.018mm～0.029mm）前后4個(gè)點(diǎn)：前端0.018mm、0.02mm，后端左右均為0.002mm；橫向浮起量要求0.02mm塞尺不過，實(shí)測(cè)間隙0.08mm，拆卸導(dǎo)軌防護(hù)后，發(fā)現(xiàn)靜壓導(dǎo)軌支撐面前后端均出現(xiàn)不同程度的劃傷。

由此可以判定：靜壓導(dǎo)軌各浮動(dòng)面的磨損導(dǎo)致其各配合面間不能建立剛性的壓力油膜抬升浮動(dòng)面，加工過程中整個(gè)砂輪臺(tái)處于前后不平衡狀態(tài)，最終反饋到工件表面一周產(chǎn)生震紋。

如圖2所示，該導(dǎo)軌的液壓控制原理：液壓系統(tǒng)通過定量泵和過濾系統(tǒng)給3節(jié)流孔組提供液壓，通過件3和件7中的液壓管路，把油壓傳遞到件1的上下表面，充滿靜壓腔并建立油膜，使砂輪臺(tái)上下浮動(dòng)；同時(shí)通過件7油路，液壓傳遞到件6左右兩側(cè)靜壓腔，建立油膜，控制砂輪臺(tái)的左右浮動(dòng)。綜上，該靜壓導(dǎo)軌為定壓、閉式形式。

2.解決方案確定

圖1 靜壓導(dǎo)軌浮動(dòng)量的檢查

圖2 靜壓導(dǎo)軌液壓回路

通過以上分析，以圖2件6為基準(zhǔn)，對(duì)該導(dǎo)軌進(jìn)行修復(fù)，具體修復(fù)方案和過程如下（其他形式的靜壓導(dǎo)軌修復(fù)方法類似）。

從機(jī)床上移出砂輪臺(tái)進(jìn)給部分，拆卸直線電動(dòng)機(jī)的次級(jí)部分，拆卸后利用絕緣材料覆蓋直線電動(dòng)機(jī)初級(jí)部分。由于直線電動(dòng)機(jī)初級(jí)有強(qiáng)磁性，拆卸過程一定要遵循直線電動(dòng)機(jī)拆卸方法和要求進(jìn)行，具體如圖3所示。

分解和修復(fù)方案的確定，如圖4所示。

（1）測(cè)量導(dǎo)軌組件1、件3、件4和件7表面（圖示中部分）硬度（一般為鑄件本身硬度）。根據(jù)硬度的情況確認(rèn)導(dǎo)軌表面是否做相關(guān)熱處理。

（2）確定導(dǎo)軌拆卸順序，由于橫向基準(zhǔn)重新找正較困難，件7不進(jìn)行分解，在機(jī)床本體上進(jìn)行研磨；左右件3從砂輪臺(tái)上優(yōu)先拆卸；件1和件4從砂輪臺(tái)中整體吊裝（不分解）。

（3）吊裝分離導(dǎo)軌。預(yù)吊裝件4（砂輪本體），拆卸左右件3固定螺栓，分別抽出左右件3，整體吊出件4（砂輪本體）。

（4）測(cè)量各面磨損情況，確定各導(dǎo)軌間尺寸。如圖4所示，詳細(xì)測(cè)量并記錄件4表面1，件3表面1、表面2，件1表面1、表面2，件7表面1、表面2的全段磨損量和導(dǎo)軌尺寸，進(jìn)行下一步修復(fù)量的制定。

（5）靜壓導(dǎo)軌裝配關(guān)系封閉環(huán)的確定。D－C＝0.036～0.058mm（D為件4與件1裝配后尺寸，C為件3的厚度），B－A＝0.02～0.03mm（B為左右件1裝配到件4后的尺寸，A為件7的寬度），兩側(cè)間隙一致。

圖3 直線電動(dòng)機(jī)的拆卸

圖 4

（6）靜壓導(dǎo)軌各導(dǎo)軌表面的磨削加工（利用與導(dǎo)軌要求精度相匹配的導(dǎo)軌磨床加工）。①圖4中左右件3同時(shí)在導(dǎo)軌磨床上磨削，要求如圖5所示，單面固定找正后，磨削磨損面，見光后，翻面，找正，磨削另外一面，直至見光。記錄磨削后的尺寸C（見圖4），并測(cè)量磨削后導(dǎo)軌的平行度、直線度和平面度，加工到要求。②吊裝砂輪臺(tái)（圖4中件4和件1所在部分），如圖6所示，通過件4表面1和件1上底平面找正砂輪臺(tái)本體，裝夾，磨削左右件1表面2，每個(gè)面磨削見光即可，記錄磨削后的尺寸B（見圖4），并測(cè)量兩邊的平行度，單邊的直線度和平面度，加工到要求。③從砂輪臺(tái)（圖4中件4）處拆卸件1（左右兩處），以件1表面2為基準(zhǔn)，兩件導(dǎo)軌同時(shí)找正夾緊，修磨件1表面1，修磨后測(cè)量表面1直線度、平面度，直至達(dá)到圖樣要求，具體如圖7所示。④以圖4中件4表面1左右兩個(gè)面為基準(zhǔn)找正砂輪座，夾緊，磨削表面2（左右兩邊達(dá)到相同尺寸，同時(shí)磨削），直至兩表面同時(shí)見光，利用高度千分尺測(cè)量尺寸D（見圖4），通過同時(shí)修磨件4表面2，達(dá)到D－C＝0.05mm的尺寸。測(cè)量各面間的平行度，各面直線度、平面度加工到圖樣要求，具體如圖8所示。

（7）各導(dǎo)軌面的配研和裝配。導(dǎo)軌磨削后，為保證靜壓腔與導(dǎo)軌面間具有良好的密封性，需要確認(rèn)和拖研各個(gè)導(dǎo)軌配合面間的接觸面積。

圖5 靜壓導(dǎo)軌板修復(fù)

研磨圖4中件7兩端表面、件4表面2（左右兩處）與件3表面1（左右兩處）、件1表面2與件7表面1之間的貼合面積。

把床身（砂輪臺(tái)橫向托板）放置在工作臺(tái)（鏜床等工作臺(tái)面）上，找正，如圖9所示，固定，然后清洗床身處導(dǎo)軌安裝面，制作鑄鐵研板，涂研磨顆粒，保證研磨后件7表面1、表面2直線度、平面度在0.01mm之內(nèi)。

在機(jī)床本體上安裝件3（左右兩處），在件4上只安裝一側(cè)的件1，件3表面和件7側(cè)面涂鉛粉，手動(dòng)來回拖動(dòng)件4進(jìn)行研磨，確定各面的接觸面積，如果不到90%，需要鉗工手動(dòng)研磨。對(duì)靜壓導(dǎo)軌板上滑臺(tái)高點(diǎn)涂細(xì)顆粒磨料，進(jìn)行研磨，然后涂鉛粉進(jìn)行貼合面積的確認(rèn)，反復(fù)拆卸導(dǎo)軌板，直至合研接觸精度研點(diǎn)數(shù)20點(diǎn)/25mm×25mm，具體如圖10所示。

按照同樣的方式對(duì)其他導(dǎo)軌面進(jìn)行合研，直到接觸精度研點(diǎn)數(shù)20點(diǎn)/25mm×25mm。

砂輪架導(dǎo)軌副的組裝。砂輪架滑臺(tái)上的件經(jīng)過上述修理后，再次進(jìn)行清洗。直線電動(dòng)機(jī)永磁體表面、初級(jí)線圈表面用丙酮清洗。用煤油清理節(jié)流孔油路分配板管路，并用氣體檢查節(jié)流孔的通暢。

安裝圖4中件4和件1，參考圖1、圖4調(diào)整到如下要求：D－C＝0.036～0.058mm（D為件4與件1裝配后尺寸，C為件3的厚度），B－A＝0.02～0.03mm（B為左右件1裝配到件4后的尺寸，A為件7的寬度）。

圖6 靜壓導(dǎo)軌壓板表面2修復(fù)

圖7 靜壓導(dǎo)軌壓板表面1修復(fù)

圖8 靜壓導(dǎo)軌腔體（砂輪本體）修復(fù)

圖9 砂輪臺(tái)床身（橫向移動(dòng)滑臺(tái)）固定和拖研

圖10 導(dǎo)軌合研接觸面積驗(yàn)證

由于橫向?qū)к壐遍g隙小，不易安裝，參考圖11所示制作四件安裝導(dǎo)向塊，導(dǎo)向塊分別安裝在壓板（導(dǎo)軌3）端面的工藝孔上，進(jìn)行安裝調(diào)整。安裝后，用塞尺測(cè)量各個(gè)導(dǎo)軌副間間隙是否符合要求。

直線電動(dòng)機(jī)安裝、試機(jī)。裝配直線電動(dòng)機(jī)初級(jí)線圈時(shí)，要嚴(yán)格按照與拆卸相反的順序逐步的進(jìn)行裝配，次級(jí)固定螺釘?shù)臄Q緊順序及轉(zhuǎn)矩也要嚴(yán)格按照要求進(jìn)行（由于次級(jí)線圈為鋁制品，安裝螺栓順序和方法需提前確認(rèn)），如圖12所示。

安裝其他液壓管路，通油后觀察回油是否正常，手推砂輪架滑臺(tái)感覺滑臺(tái)的摩擦阻力是否均勻，并測(cè)量浮動(dòng)量。

3.原因總結(jié)

靜壓導(dǎo)軌價(jià)值高，損壞后修復(fù)時(shí)間長、技術(shù)要求高，勢(shì)必會(huì)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)和維修成本帶來極大影響。從靜壓導(dǎo)軌原理分析，靜壓導(dǎo)軌并非損耗件，不會(huì)出現(xiàn)上述損壞。出現(xiàn)上述故障，主要原因是導(dǎo)軌本體及其附屬設(shè)備設(shè)計(jì)不成熟或維護(hù)使用部門使用維護(hù)不當(dāng)導(dǎo)致，根據(jù)作者對(duì)靜壓導(dǎo)軌類設(shè)備多年維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)引起靜壓導(dǎo)軌損壞的原因進(jìn)行以下總結(jié)。

圖11 橫向?qū)к壐钡陌惭b

圖12 直線電動(dòng)機(jī)次級(jí)線圈的安裝

（1）使用的油品牌號(hào)不符合要求。靜壓導(dǎo)軌加入了不正確的油品牌號(hào)或長時(shí)間使用變質(zhì)油品，導(dǎo)致油品黏度系數(shù)降低，靜壓油膜建立不起來，浮動(dòng)量小，容易使導(dǎo)軌間產(chǎn)生接觸，產(chǎn)生磨損。

（2）靜壓導(dǎo)軌供油系統(tǒng)過濾系統(tǒng)失靈，大量顆粒堵塞靜壓導(dǎo)軌的節(jié)流孔，導(dǎo)致個(gè)別腔體的油量不足，建立不起壓力和間隙，導(dǎo)軌部分處于滑動(dòng)摩擦狀態(tài)，長時(shí)間導(dǎo)致導(dǎo)軌的磨損。

（3）靜壓導(dǎo)軌防護(hù)設(shè)計(jì)不良或老化，導(dǎo)致磨削顆粒或污泥進(jìn)入靜壓導(dǎo)軌間隙中，從而研磨導(dǎo)軌，導(dǎo)致靜壓導(dǎo)軌的磨損。

（4）切削液的侵入，切削液作為加工中刀具/工件潤滑和冷卻的重要介質(zhì)，切削液流路在機(jī)床內(nèi)堵塞或者導(dǎo)軌防護(hù)失靈情況下，切削液會(huì)進(jìn)入導(dǎo)軌副的油路系統(tǒng)，隨著切削液進(jìn)入的還有大量磨削/加工顆粒，會(huì)導(dǎo)致靜壓油變質(zhì)（黏度減小，浮動(dòng)量不足）、侵入的顆粒在導(dǎo)軌副間作用，損壞導(dǎo)軌副。

4.提出建議

因此在靜壓導(dǎo)軌附屬系統(tǒng)設(shè)計(jì)和維護(hù)提出以下建議。

（1）在設(shè)計(jì)靜壓導(dǎo)軌防護(hù)時(shí)，考慮可動(dòng)部分防護(hù)間密封方式的加入和選擇；機(jī)床內(nèi)切削液回流通道/槽的水勢(shì)和水壓設(shè)計(jì)，以及防磨屑堆積。

（2）靜壓導(dǎo)軌液壓系統(tǒng)過濾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在泵的吸入口設(shè)置通油能力大（泵流量2倍以上）初級(jí)濾芯，泵出油口至導(dǎo)軌節(jié)流閥間設(shè)置單級(jí)或雙級(jí)過濾器，要求過濾精度小于等于靜壓導(dǎo)軌的浮動(dòng)量間隙。回油管路一般設(shè)置油水分離裝置，且回油進(jìn)入油箱口處放置強(qiáng)磁鐵，用于吸附油中磁性金屬顆粒。

（3）增加合理的機(jī)床切削液防止飛濺裝置和切削液回流通道順暢性設(shè)計(jì)。在工件主軸旋轉(zhuǎn)或工件旋轉(zhuǎn)作用下，切削液會(huì)以一定壓力飛濺到導(dǎo)軌防護(hù)上，進(jìn)而進(jìn)入防護(hù)內(nèi)，需要在設(shè)計(jì)時(shí)增加切削液防飛濺裝置。

（4）需要定期對(duì)靜壓導(dǎo)軌液壓系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。定期更換各級(jí)過濾濾芯；定期檢測(cè)液壓站油溫和壓力情況；定期更換液壓油和清理油箱等工作。

（5）靜壓導(dǎo)軌各節(jié)流孔（見圖2中件2）的定期疏通和相關(guān)密封的定期更換。

（6）及時(shí)清理機(jī)床內(nèi)各切削液回流通道，特別是磨床，回流通道堵塞會(huì)導(dǎo)致切削液短時(shí)間大量積聚機(jī)床內(nèi)部，從而漫過防護(hù)進(jìn)入靜壓導(dǎo)軌區(qū)域，對(duì)此需要充分了解該機(jī)床對(duì)切削液防護(hù)結(jié)構(gòu)，制定詳細(xì)的清理維護(hù)計(jì)劃。

（7）靜壓導(dǎo)軌各防護(hù)的定期更換，及時(shí)更換變形和受切削液侵蝕的防護(hù)，有利于防止切削顆粒的進(jìn)入。