论文部分内容阅读
摘 要：科学技术是第一生产力，科学技术的发展带动我国各个行业的发展，其中尤为突出的是我国的工业领域。各种机床的产生，使得我国工业制造更为精确，生产速度也得到很大的提升，有效的减少了人为操作上的失误，使产品生产具有规范性以及科学性。卧式机床是数控自动化生产中的重要设备，本文就机床中心架的设计进行深入研究，阐述新型的的中心架结构设计，该中心架对于提高工业生产加工的的稳定性有着十分积极的促进作用，希望通过本文可以对相关的技术人员有所帮助，促进我国工业生产发展。
关键词：卧式机床;静压中心架;设计研究
对于卧式机床研究，以其中的重型卧式机床为例。重型卧式机床在进行工业生产零件加工的过程中受到重力以及切削力的影响，零件本身会发生严重的变形情况，但是对于零件的生产又需要很高的精确度，原部件的重量一般在二十到四百吨之间，部件的长度为十到二十米，但是零件生产的误差不能够超过0.007mm。但是根据我国机床生产现状调查发现，国产机床误差控制在0.01mm以下是非常困难的。以往我国生产所用机床大都选择采购国外生产的。我国加强对于机床改良的研究力度，本文根据生产的实际需求，对卧式机床的中心架重新进行设计，从而促进机床综合性能的提升。
1 静压中心架的结构
本文提出的新型卧式机床中心架结构设计并不是十分复杂，在设计中，中心架的上部与下部是单独存在的个体，通过相应的螺栓以及定位装置对中心架上部越下部进行连接。在中心架结构中设有三个支撑体块，生产工件的自身重量全部作用于中间瓦上，两侧的瓦结构主要是对生产工件进行定位以及调整生产工件的中心位置，中间瓦是固定的且不会发生变动的，两侧的瓦结构具有良好的灵活性，可对其进行滑动，但是在中心瓦的下部设有静压球面瓦，目的是为了实现支撑的全面摆动，从而保证对于工件的加工不会存在死角，使得削切工作更为方便。对于中间瓦水平位置的调节是通过相应的液压装置实现的，液压装置安置于中间套筒的下侧，之间的连接也是通过螺栓实现的。中心架的设计中考虑到较大工件的加工生产，保证中心调整能够到达既定的标准，具有高度的准确性，对于三个支撑瓦还设置了手动调节结构，使得中心架的设计更具人性化。
2 中心架静压支撑油腔设计
对于卧式机床中心架支撑结构主要分为两种，第一种是多油垫静压支撑，第二种是多油腔支撑结构。在多油腔静压支撑结构体系中会设有相互连通的回油槽，但是多油腔支撑结构体系中则没有，这是二者之间的根本差异，同时也导致油腔压力作用于轴承上的分布不同，可以承载的面积以及相应出油液阻的计算也不相似。上文叙述的中心架结构选用的是多油垫静压结构支撑体系。轴承是其中非常重要的结构组件，为了使轴承的加工不过于复杂，为后续的组装以及维护修理工作带来便捷，油腔设定的位置一般选在固定件上。可能油腔的形状有所差异，但是油垫的外廓形状相同，即使内部有很大的区别，油垫都能具有同样的承载面积。但是，它们在工件升起前直接接触的承载面积和在工件浮起之后的承载面积大不一样。通常静压支撑油腔结构形式包括如下几种：等深矩形油腔，这种结构形式油腔摩擦功耗小，轴承温升低，多用于转速高，系统自重小的静压支承;圆弧矩形油腔，圆弧矩形油腔易于加工，通常用于小型静压支承;槽式矩形油腔，这种形式的油腔通常用于主轴系统自重较大，且转速较低的静压支承。本文设计的静压中心架应用场合为系统自重小且工件转速高，因此选用的是等深矩形油腔。
对于采用单油腔的中心架静压支撑，要求工件重心必须通过油腔中心（或偏心量很小）才有效。另外载荷沿各个油腔（室）纵向分布一般不可能完全均匀，所以每条油腔阵列面上油腔（室）个数不少于两个，以便每个油腔（室）能按负载大小调节各自的油腔压力，使间隙不致相差较大。但是单纯增加油腔数量并不能有效地增加静压支承的承载能力，例如在实际应用中8个油腔的静压支承仅比6个油腔的静压支承的有效承载能力提高13%～17%，所以油腔（室）数量一般不超过6个。
3 静压支撑油膜厚度
静压中心架中间瓦每腔压力计算公式为：
式中，p为每腔油室压力;W为工件重量;Ae为每腔有效受力面积;n为油腔的个数。为了简化静压中间支撑油垫受力面积的计算，将中间支撑油垫简化为矩形油垫。
对于矩形油垫，每腔有效受力面积的计算公式为：
式中，L为矩形长度;l为封油边长度;B为矩形宽度;b为油封边宽度。轴瓦每腔流量计算公式为：
式中，q为每腔流量;h为油膜厚度;μt为液压油动力粘度。根据上式可得，轴瓦每腔的液阻为：
每腔油膜厚度計算公式为：
根据式以上公式可知，油膜厚度同工件质量、液压油粘度、油腔的几何参数、油腔的流量有关系。在一定油腔压力下，油膜厚度依靠流经油垫的流量来保证。油腔的流量由泵的流量决定的，因此通过调节节流阀可以手动调节每个油室的流量。
4 实例
以某工厂生产的HT500X180/80-NC机床（已出厂，用户反映良好）为例。本机床两个静压中心架，每个中心架分别可承载40t，静压轴瓦大小为：220-220，分为四个油腔，用如上公式，算得：单油腔承载：Ae=64cm2，p=15.625MPa，q=1.4L/min，h=0.004mm。本机床加工精度达到0.008mm，完全满足用户对机床的使用要求。文中设计数控卧车静压中心架时，均采用了以上结构形式，如：HT420X180/400-NC、HT500X160/300-NC、出口印度的机床HT420X120/80-NC等机床都按照此形式进行初始图纸设计。加工阶段严格按照图纸数据要求进行检验，并且均在调试过程中一次性成功交检，得到了用户的认可。此种结构的成功研发归功于哈理工博士站与笔者所在单位技术人员的共同努力，并在所在单位卧式床产品中迅速推广，即：针对用户的具体的工况要求，对中心架的结构重新进行了设计，使其结构在成本没有提高的情况下，满足其使用的稳定性、操作的宜人性及精度的保证性等，为工厂赢得了良好的质量信誉。
参考文献
[1]郐雪涛.CZ61250重型卧式车床主轴滚动轴承改造设计与工艺[J].科技创新与应用，2012（30）.
[2]孔中科，陶继忠.不同压力腔的气体静压轴承静特性的数值模拟[J].机械研究与应用，2012（5）.
关键词：卧式机床;静压中心架;设计研究
对于卧式机床研究，以其中的重型卧式机床为例。重型卧式机床在进行工业生产零件加工的过程中受到重力以及切削力的影响，零件本身会发生严重的变形情况，但是对于零件的生产又需要很高的精确度，原部件的重量一般在二十到四百吨之间，部件的长度为十到二十米，但是零件生产的误差不能够超过0.007mm。但是根据我国机床生产现状调查发现，国产机床误差控制在0.01mm以下是非常困难的。以往我国生产所用机床大都选择采购国外生产的。我国加强对于机床改良的研究力度，本文根据生产的实际需求，对卧式机床的中心架重新进行设计，从而促进机床综合性能的提升。
1 静压中心架的结构
本文提出的新型卧式机床中心架结构设计并不是十分复杂，在设计中，中心架的上部与下部是单独存在的个体，通过相应的螺栓以及定位装置对中心架上部越下部进行连接。在中心架结构中设有三个支撑体块，生产工件的自身重量全部作用于中间瓦上，两侧的瓦结构主要是对生产工件进行定位以及调整生产工件的中心位置，中间瓦是固定的且不会发生变动的，两侧的瓦结构具有良好的灵活性，可对其进行滑动，但是在中心瓦的下部设有静压球面瓦，目的是为了实现支撑的全面摆动，从而保证对于工件的加工不会存在死角，使得削切工作更为方便。对于中间瓦水平位置的调节是通过相应的液压装置实现的，液压装置安置于中间套筒的下侧，之间的连接也是通过螺栓实现的。中心架的设计中考虑到较大工件的加工生产，保证中心调整能够到达既定的标准，具有高度的准确性，对于三个支撑瓦还设置了手动调节结构，使得中心架的设计更具人性化。
2 中心架静压支撑油腔设计
对于卧式机床中心架支撑结构主要分为两种，第一种是多油垫静压支撑，第二种是多油腔支撑结构。在多油腔静压支撑结构体系中会设有相互连通的回油槽，但是多油腔支撑结构体系中则没有，这是二者之间的根本差异，同时也导致油腔压力作用于轴承上的分布不同，可以承载的面积以及相应出油液阻的计算也不相似。上文叙述的中心架结构选用的是多油垫静压结构支撑体系。轴承是其中非常重要的结构组件，为了使轴承的加工不过于复杂，为后续的组装以及维护修理工作带来便捷，油腔设定的位置一般选在固定件上。可能油腔的形状有所差异，但是油垫的外廓形状相同，即使内部有很大的区别，油垫都能具有同样的承载面积。但是，它们在工件升起前直接接触的承载面积和在工件浮起之后的承载面积大不一样。通常静压支撑油腔结构形式包括如下几种：等深矩形油腔，这种结构形式油腔摩擦功耗小，轴承温升低，多用于转速高，系统自重小的静压支承;圆弧矩形油腔，圆弧矩形油腔易于加工，通常用于小型静压支承;槽式矩形油腔，这种形式的油腔通常用于主轴系统自重较大，且转速较低的静压支承。本文设计的静压中心架应用场合为系统自重小且工件转速高，因此选用的是等深矩形油腔。
对于采用单油腔的中心架静压支撑，要求工件重心必须通过油腔中心（或偏心量很小）才有效。另外载荷沿各个油腔（室）纵向分布一般不可能完全均匀，所以每条油腔阵列面上油腔（室）个数不少于两个，以便每个油腔（室）能按负载大小调节各自的油腔压力，使间隙不致相差较大。但是单纯增加油腔数量并不能有效地增加静压支承的承载能力，例如在实际应用中8个油腔的静压支承仅比6个油腔的静压支承的有效承载能力提高13%～17%，所以油腔（室）数量一般不超过6个。
3 静压支撑油膜厚度
静压中心架中间瓦每腔压力计算公式为：
式中，p为每腔油室压力;W为工件重量;Ae为每腔有效受力面积;n为油腔的个数。为了简化静压中间支撑油垫受力面积的计算，将中间支撑油垫简化为矩形油垫。
对于矩形油垫，每腔有效受力面积的计算公式为：
式中，L为矩形长度;l为封油边长度;B为矩形宽度;b为油封边宽度。轴瓦每腔流量计算公式为：
式中，q为每腔流量;h为油膜厚度;μt为液压油动力粘度。根据上式可得，轴瓦每腔的液阻为：
每腔油膜厚度計算公式为：
根据式以上公式可知，油膜厚度同工件质量、液压油粘度、油腔的几何参数、油腔的流量有关系。在一定油腔压力下，油膜厚度依靠流经油垫的流量来保证。油腔的流量由泵的流量决定的，因此通过调节节流阀可以手动调节每个油室的流量。
4 实例
以某工厂生产的HT500X180/80-NC机床（已出厂，用户反映良好）为例。本机床两个静压中心架，每个中心架分别可承载40t，静压轴瓦大小为：220-220，分为四个油腔，用如上公式，算得：单油腔承载：Ae=64cm2，p=15.625MPa，q=1.4L/min，h=0.004mm。本机床加工精度达到0.008mm，完全满足用户对机床的使用要求。文中设计数控卧车静压中心架时，均采用了以上结构形式，如：HT420X180/400-NC、HT500X160/300-NC、出口印度的机床HT420X120/80-NC等机床都按照此形式进行初始图纸设计。加工阶段严格按照图纸数据要求进行检验，并且均在调试过程中一次性成功交检，得到了用户的认可。此种结构的成功研发归功于哈理工博士站与笔者所在单位技术人员的共同努力，并在所在单位卧式床产品中迅速推广，即：针对用户的具体的工况要求，对中心架的结构重新进行了设计，使其结构在成本没有提高的情况下，满足其使用的稳定性、操作的宜人性及精度的保证性等，为工厂赢得了良好的质量信誉。
参考文献
[1]郐雪涛.CZ61250重型卧式车床主轴滚动轴承改造设计与工艺[J].科技创新与应用，2012（30）.
[2]孔中科，陶继忠.不同压力腔的气体静压轴承静特性的数值模拟[J].机械研究与应用，2012（5）.