静压刀架油膜间隙与油膜刚度测量方法

周冬

（齐重数控装备股份有限公司，黑龙江 齐齐哈尔161000）

机床静压系统在重型机床行业有着广泛的应用，它是通过压力油产生的油膜来起到支撑转动的工件，跟磁悬浮一样的原理，静压就是油悬浮。大型机床的运动部件和它所加工的工件重量都很大,而且随着工艺的发展，高速高精度加工在重型机床领域已成为必备需求，接触面的摩擦和磨损成为突出的问题。为了提升机床产品竞争力, 机床机床制造商大部分会采用静压技术.而大型机床的承载重量更由几吨增至几十吨而至几百吨,因此采用静压技术必然成为今后的发展趋势。此次研究的机床是我公司单柱数控立车，适用高速钢刀具和硬质合金刀具，对各种黑色金属、有色金属和部分非金属材料的工件进行粗、精加工。在机床上可以完成车削内外圆柱面、内外圆锥面、回转曲面、平面、切槽、螺纹等工序加工。主传动采用交流主轴电机驱动、两挡无级调速、主轴配置编码器，具有恒线速度切削功能。工作台导轨采用滚动导轨结构。刀架水平、垂直导轨均采用耐磨涂层结构。可实现水平、垂直两轴联动，半闭环控制。配置工作台半封闭防护罩。配水冷却系统及排屑器。

1 油膜间隙的测量研究

1.1 左右方向间隙的测量

在油膜间隙测量中滑枕初始位置的确定最为重要，为确定滑枕初始位置采用了如下方法：

如图1 所示检测左右面油膜间隙时先将左侧4 根斜铁B，D，F,G 压力油断开，分油器上相应位置堵死，然后启动油泵由于左侧没有压力油此时认定滑枕向左侧贴靠，左侧无间隙，然后在左侧4 根斜铁位置个布一块压力表，如图2 侧视图1,2,3,4 位置个布置1 块千分表，置0，然后接通左侧油管左侧斜铁得油，切断右侧靠铁油路，使滑枕贴向右侧，此时记录数值为油膜间隙。在试验中发现2,4 部位在给油是转座会出现0.002mm 的形变(单边0.001mm)，及箱体向外变形0.002mm，考虑形变是由于油膜施加外力导致所以将形变数值也按间隙处理，表二十二数值包含间隙数值，经过计算左右方向平均间隙为0.008mm，单边油膜间隙0.004mm。

图1 润滑点位置图

图2 油膜间隙检验方法示意图

1.2 前后方向油膜间隙的测量

和左右方向测量方法一样，先撤去前后方向一侧斜铁的液压力，断开1,3,5,7 四个位置的油管，相应分油器部位堵死，然后通油，此时滑枕向前贴靠，同样布置四块千分表如图十七所示A，B，C，D 位置，然后接通1,3,5,7 四处油管，断开2,4,6,8 处油管，此时滑枕向后侧贴靠，A，B，C,D 读数即为刀架前后方向的油膜间隙具体数值。通过试验获得刀架前后方向平均间隙为0.011mm，单边油膜间隙为0.005mm（取小数点后3 位）其中上下压盖通油后形变较大，形变均在0.01mm，考虑是前后方向由螺钉把合，刚度相对较弱，建议以后生产中将三块分体压盖做成整体结构，增强刚性。

2 油膜刚度测量

为了检测油膜刚度进行加载试验，用测力环对刀架两个方向施加顶紧力，如图3 所示（测力环上百分表每个读书0.01mm对应力为70kg）。

图3 刀架油膜刚性检测示意图

2.1 刀架正面油膜刚性检测

通过测力环对刀架正面施加顶紧力，观察A，B 两个测量点千分表数值变化，（滑枕伸出长度300mm，千分表距离滑枕根部80mm），具体数值如下：

表1 刀架前后方向油膜刚性试验数据表（第一次试验数值）

图4 滑枕前后位置五次加力中和曲线图

2.2 刀架侧面油膜刚性试验

通过测力环对刀架侧面施加顶紧力，观察C,D 两测量点数值变化，滑枕伸出300mm，千分表距离滑枕根部80mm，具体数值如下:

表2 刀架左右方向油膜刚性试验数据表（第一次试验数值）

图5 滑枕左右位置第一次加力曲线图

刀架在前后方向上初始状态（未加力前） 油膜厚度是0.005mm，当顶紧力加到140kg 时，油膜厚度开始衰减，当达到到315kg 到385kg 之间时油膜厚度为0。刀架在左右方向上初始状态（未加力前）油膜厚度是0.004mm，当顶紧力加到140kg时，油膜厚度开始衰减，当达到到280kg 到350kg 之间时油膜厚度为0。后续加力数值为滑枕刚性变形，也就是说对于静压刀架试验在纵向坐标轴0 界点以上失去试验意义，考虑在刀架存在静压油膜的情况下对滑枕加力也滑枕会产生一定刚性变形，所以在达到纵向坐标轴0 界点后（即静压油膜油膜间隙为0），继续加力几次作为参考数值，在纵向坐标轴中，油膜间隙为0 后的数值用负值标出。

3 结论

通过测试的测试与验证，该方法是目前可靠的静压刀架油膜间隙与油膜刚度的测量方法，可以满足高品质静压刀架的制造。在后续的机床精度测试中，该机床刀架的精度已到达同系列产品的全闭环精度要求，为公司节约了大量的成本。