应用动静压混合轴承改造磨床

应用动静压混合轴承改造磨床
首都航天机械公司　张胜利
文摘　介绍了动静压混合轴承的结构、工作特点及电气控制原理。

应用动静压混合轴承对旧磨床进行改造,提高了磨床的加工精度、表面粗糙度、切削能力和加工效率。

主题词　动静压轴承　磨床　精度　电控原理
1　引言
机床主轴支承系统的核心是轴承,机床设备的精度、寿命和可靠性在很大程度上取决于轴承的素质和性能。

精密主轴轴系一般选用的轴承有:滚动轴承、动压轴承、静压轴承、动静压混合轴承、气浮轴承和磁力轴承等。

静压轴承具有良好的阻尼特性和高精度,是精密主轴支承可选用的轴承之一,在此基础上发展了动静压混合轴承。

2　动静压轴承的工作原理
2.1　动压轴承工作原理
当主轴在油液中转动时把油从大口带入,从小口带出。

而楔形构造进出口的截面积不同,使得带入的油较带出的油多,在楔形油腔中产生挤压力,它减慢进口流速,加速出口流速。

当进出口流量达到平衡时挤压力就不变了。

该挤压力同时承受轴承的外载。

轴的转动、轴承的楔形结构和粘性的油是产生承载力的必备条件。

机床因启动、停止时动压轴承转速低形不成挤压力而有磨损,要保证有足够承载力就必须有精确的尺寸和微小的楔形间隙,这是动压滑动轴承发展的最大障碍。

2.2　静压轴承工作原理
静压轴承不是依靠主轴转动,而是依赖外部压力油源形成承载力。

压力油进入油腔经封油面流出,封油面的阻力保证油腔中憋住一定的压力以承受外载荷。

在进油油路中必须有节流器,它的作用是油液流经节流器都要克服一定阻力,主轴受外载时产生的间隙变化而改变封油面的阻力,这与节流器的阻力相匹配来改变油腔压力与外载平衡。

常用的节流器有如毛细管、小孔、薄膜反馈等外部节流器。

2.3　动静压混合轴承工作原理
动静压混合轴承是一种兼备液体动压和静压轴承二者优点而克服缺点的新型液体滑动轴承。

它利用液体静压作用将主轴悬浮在油膜中间,克服了动压轴承启动时出现的磨损而保持轴承的长寿命。

主轴启动依靠浅腔阶梯效应形成动压而增强了主轴刚度,具有很好的抗振性,使得主轴旋转平稳,旋转精度高。

动静压混合轴承结构如图1所示。

进油孔1均匀分布在居轴承中心的圆周面上。

轴承内表面由三部分组成,与油孔相连的深腔5;按主轴转向,与深腔相接的浅腔
　收稿日期:1999212203
2;深浅腔两端的轴向封油面3和深浅腔之间
的周向封油面4。

轴承外圆的进油孔处有一
环形槽,压力油通过环形槽联通各进油孔,动静压混合轴承工作过程是这样的:通入压力油后产生静压力,支承主轴及轴上全部零件重力和皮带张紧力。

由于静止状态下各腔的压力差别较小,总承载力有限,主轴处于大偏心率工况状态。

主轴启动后,由于转动状态下轴承的承载能力很大,对主轴及轴上全部零
件重力和皮带张紧力而言只是个很小的力,主轴回到小偏心率工况状态。

主轴进行粗加工时,切削力大,主轴偏心率加大,即使按电动机满载时工作偏心率加大也是有限。

在主轴进行精加工时,切削力很小,主轴偏心率减小。

对动静压混合轴承进行分析可以看出,该轴承有回转精度高、承载能力大、刚性好、性能稳定和使用寿命长等特点。

该轴承适用于定转向、转速变化小的精密主轴轴系。

图1　动静压混合轴承结构
3　对磨床进行改造
我公司SA 101(德)外圆磨床、M 7120A 、M 7130、
3724(苏)等平面磨床。

因使用年久,精度严重下降,不能满足军民品加工精度要
求。

由于主轴轴瓦磨损严重,无调整余量,即使修理也很难达到原来磨床性能和要求。

针对这几台磨床主轴精度差的问题,我们选用了由北京航空航天大学设计,北京兴航精密机床主轴部件厂制造的WM B 型表面节流液体动静压混合轴承,对磨床进行改造。

3.1　安装步骤及工艺要求
由于不同型号机床的结构不同,其回油的位置、固定方式及安装顺序有所区别。

分解原机床砂轮主轴,检查箱体孔和外磨组件外
径尺寸,要求配合间隙为0.008～0.015mm ,当不能满足此要求时,要通过研磨箱体孔来达到,检查轴向位置尺寸是否一致,当有差别时要核实原电机皮带轮与组件皮带轮能否对正。

按附图提供的数据,在箱体的给定位置上加工进油和测压孔。

在砂轮罩和皮带轮罩上对应位置加工缺口,以保证进油管的连接。

动静压轴承组件及其配套的供油系统可事先做好,改造时将动静压轴承装在原轴承位置上即可,使用原主轴只需修磨直径。

3.2　电气控制原理
控制电路和机床总电源连接,要求在电路上保证油泵电机和主轴电机互锁,达到油
泵电机不能运行时主轴电机不能启动,主轴电机未停止,油泵电机不能停止要求。

并将压力继电器YJ 的常开触点串入主轴电机控制线路中,以保证供油压力达不到最低要求1.6M Pa 时,主轴电机不能启动。

压力低于最低动压力要求值1.5M Pa 时,主轴电机自动停止运行。

当按下砂轮主轴电机停止开关时,由于砂轮转动惯性不能马上停止。

油泵电机需要延时1～3分钟,等待砂轮主轴停止后,油泵电机才能允许自动停止运行。

电气控制图如图2所示。

图2　电气控制图
3.3　磨床改造后的参数
我们选用YPM 7120A 部件改造M 7120A 平面磨床,使用金刚石砂轮磨YG 6硬质合金,进刀量由0.02mm ,提高到0.08mm ;表面粗糙度值从R a 0.8Λm 降低到R a 0.2Λm ,表面波纹很小,使最后研磨工序提高工效一倍以上。

选用YRM 7130部件改造M 7130平面磨,使用金刚石砂轮磨YG 6硬质合金,表面粗糙度值从R a 0.8Λm 降低到R a 0.2Λm ,满足了工艺要求。

进刀量由0.15mm 提高到0.40mm ,提高工效三倍。

4　结束语
应用动静压混合轴承对我公司几台不同类型的旧磨床进行技术改造,取得了成功。

通过改造后几年的长期使用,各项指标都达到设计要求;改造费用便宜,耐用稳定性好,只要轴承安装调试正常,保持油质干净不变质,可以长期连续使用。

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4.5　初始滤渣层的形成对以后的过滤效果
影响较大,因此一般刚开始过滤时宜用小流量,这时滤出来的液体有可能略带浑浊,可将其回入浑浊溶液槽,待初始滤渣层形成滤清液,就可转入正常大流量过滤工作。

4.6　在确保安全的前提下,采用尽可能高的过滤操作压力,以便获得最大生产能力。

4.7　随着滤渣层的逐渐加厚,过滤速度会逐渐减慢,因此对于大量浑浊液体的过滤来说就应掌握恰当的过滤介质清洗周期。

4.8　对溶液勤加过滤不仅有利于保证镀层
质量,而且有利于加快过滤速度。

5　结束语
电镀设备的技术改造在电镀行业上的应用开辟了广阔的空间,使电镀零件具有结合性能好,不易脱落,耐磨性高的特点。

实践证明,该项技术不但使工作的耐磨寿命成倍提高,而且降低了电镀材料费用,具有很好的推广价值。