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一、重型轉(zhuǎn)臺(tái)導(dǎo)軌的復(fù)合化升級(jí)再制造
普通機(jī)床的重型轉(zhuǎn)臺(tái)導(dǎo)軌主要有以下三種結(jié)構(gòu)，第一種是普通滑動(dòng)導(dǎo)軌，又有金屬對(duì)金屬的最古老結(jié)構(gòu)和貼塑或噴塑導(dǎo)軌之別，金屬對(duì)金屬的結(jié)構(gòu)由于摩擦最高，驅(qū)動(dòng)力矩大、驅(qū)動(dòng)效率低、發(fā)熱、爬行、壽命低等缺點(diǎn)，現(xiàn)在的數(shù)控機(jī)床已不采用，而貼塑導(dǎo)軌一定范圍內(nèi)現(xiàn)在仍有應(yīng)用，但其摩擦系數(shù)仍較大(約為0.04)；第二種導(dǎo)軌是采用大型滾動(dòng)軸承做回轉(zhuǎn)導(dǎo)軌，這種導(dǎo)軌摩擦系數(shù)較小(約為0.005)，精度高，但其成本較高，抗震動(dòng)沖擊的能力差，應(yīng)用并不普遍；第三種導(dǎo)軌采用是靜壓導(dǎo)軌，傳統(tǒng)的靜壓導(dǎo)軌又有卸荷、開(kāi)式、閉式三種結(jié)構(gòu)，這三種結(jié)構(gòu)又各有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，其中靜壓卸荷精度較高，接觸剛度大，抗偏載能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所需油源壓力較低，流量小，發(fā)熱少，有較多的應(yīng)用，目前機(jī)床上使用的靜壓導(dǎo)軌50% ~ 70%為此種方式；開(kāi)式靜壓導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)是：1摩擦阻力小，它實(shí)現(xiàn)了純液體摩擦，摩擦系數(shù)僅約為0.0005，因而功耗小，傳動(dòng)效率高。2使用壽命長(zhǎng)。3抗振性能高。4不爬行。開(kāi)式靜壓導(dǎo)軌的缺點(diǎn)是精度較低，特別是抗偏載負(fù)荷是時(shí)精度較低，需要較大壓力和流量的油源連續(xù)工作，工作時(shí)發(fā)熱較大，剛性相對(duì)較差，只在精度要求不高時(shí)采用，在重型高精度機(jī)床上應(yīng)用不多；第三種靜壓導(dǎo)軌為閉式靜壓導(dǎo)軌，閉式靜壓導(dǎo)軌精度和剛性較開(kāi)式靜壓導(dǎo)軌提高，特別是抗偏載的能力較開(kāi)式結(jié)構(gòu)大大提高，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，多在精密重型機(jī)床上應(yīng)用。
在已采用的三種導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)中，沒(méi)有一種能全面滿足重型機(jī)床精度越來(lái)越高，功能快速向復(fù)合方向發(fā)展的需要，為此，我們結(jié)合四十余年機(jī)床研發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)二十余年機(jī)床再制造的生產(chǎn)實(shí)踐，設(shè)計(jì)了如圖(1)所示的使轉(zhuǎn)臺(tái)具有復(fù)合功能的導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)。如圖所示，靜導(dǎo)軌105固定在轉(zhuǎn)臺(tái)基座上，
軌107固定在轉(zhuǎn)臺(tái)上，下導(dǎo)軌106固定在導(dǎo)軌107上，靜導(dǎo)軌上下面開(kāi)有均布的承壓槽，上導(dǎo)軌107和下導(dǎo)軌106和靜導(dǎo)軌105共同組成閉式的轉(zhuǎn)臺(tái)靜壓導(dǎo)軌。圖(1)所示的靜壓導(dǎo)軌原理與傳統(tǒng)的靜壓導(dǎo)軌完全一致，但具體有兩點(diǎn)不同，一是在上導(dǎo)軌107的導(dǎo)軌面上貼有塑料導(dǎo)軌，二是在下導(dǎo)軌106的導(dǎo)軌面上除正常的靜壓承壓槽外，還均布有幾個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)靜壓鎖緊機(jī)構(gòu)，這種具有復(fù)合功能的導(dǎo)軌工作原理如下：
1、當(dāng)機(jī)床進(jìn)行鉆、銑、鏜和粗磨加工時(shí)，導(dǎo)軌采用靜壓卸荷狀態(tài)，這時(shí)上導(dǎo)軌107與靜壓導(dǎo)軌105之間的承壓槽供油，但其壓力控制在卸荷狀態(tài)，即上浮承載力(承壓槽的面積與供油壓力的乘積)小于工作臺(tái)及其負(fù)載的重量和，通過(guò)控制油源壓力，使承載力上升到工作臺(tái)及其負(fù)載重量和的90%即停止油壓繼續(xù)升高，此時(shí)動(dòng)導(dǎo)軌107未浮起，仍與靜導(dǎo)軌105保持接觸，但其對(duì)靜導(dǎo)軌105的正壓力卻下降了90%，由于動(dòng)導(dǎo)軌107導(dǎo)軌面貼有專(zhuān)用耐磨聚四氟乙烯塑料導(dǎo)軌板，這種導(dǎo)軌板與金屬面之間的摩擦系數(shù)僅為0.04，在這種靜壓卸荷狀態(tài)下，其摩擦力為：
(W-90%W)×0.04=0.004W
相比較，若采用滾動(dòng)導(dǎo)軌，則摩擦力為：
W×f=0.005W
式中：f為具有預(yù)緊力的滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，f=0.005，
若處于浮起純靜壓狀態(tài)，則摩擦力為：
W×f液=0.0005W
式中：f液為液體的摩擦系數(shù)， f液=0.0005。
從以上計(jì)算結(jié)果可知，處于靜壓卸荷狀態(tài)的導(dǎo)軌摩擦力與滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦力相當(dāng)，但比純靜壓摩擦力高，在實(shí)際應(yīng)用上，靜壓卸荷導(dǎo)軌比滾動(dòng)導(dǎo)軌平穩(wěn)，沖擊振動(dòng)小，但制造成本和使用成本低，與純靜壓相比，摩擦力大，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低，剛性高，特別是抗偏載能力高，特別應(yīng)該指出的是在靜壓卸荷狀態(tài)下，其運(yùn)動(dòng)的阻尼是可調(diào)整的，當(dāng)切削時(shí)出現(xiàn)振動(dòng)，可通過(guò)減小卸荷壓力提高導(dǎo)軌的阻尼系數(shù)，這是滾動(dòng)導(dǎo)軌和純靜壓導(dǎo)軌無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
在卸荷狀態(tài)下，導(dǎo)軌既可以采用變頻驅(qū)動(dòng)，也可以采用主軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)的無(wú)級(jí)調(diào)速，當(dāng)采用主軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，在使用光柵或編碼器的情況下構(gòu)成半閉環(huán)或全閉環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)的分度定位，分度精度取決于反饋測(cè)量元件，當(dāng)采用90000線的高精度光柵四倍頻控制時(shí)，重復(fù)定位精度可達(dá)2秒。
2、當(dāng)機(jī)床進(jìn)行鉆、銑、鏜、銑齒、磨齒加工時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)移動(dòng)到位可進(jìn)行鎖緊，本設(shè)計(jì)采用液壓鎖緊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、夾緊松開(kāi)快速，通過(guò)原理圖(2)中的電磁換向閥進(jìn)行控制。
3、當(dāng)機(jī)床進(jìn)行精磨或車(chē)削時(shí)加工時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)需要較高的轉(zhuǎn)速，對(duì)φ2500mm工作臺(tái)，精車(chē)轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)/分左右，此時(shí)可只提高供油壓力，使上導(dǎo)軌107與靜導(dǎo)軌105脫離接觸，使二者之間的油膜厚度保持在0.02mm。由于完全浮起，轉(zhuǎn)臺(tái)導(dǎo)軌處在純靜壓狀態(tài)，其摩擦系數(shù)很小，轉(zhuǎn)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)力隨之可以下降，可實(shí)現(xiàn)用一個(gè)功率不太大的電機(jī)驅(qū)動(dòng)完成高速驅(qū)動(dòng)。
4、當(dāng)機(jī)床進(jìn)行精磨磨削加工時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速比鉆、銑、鏜加工時(shí)高，但比車(chē)削加工時(shí)低，這時(shí)對(duì)靜導(dǎo)軌的上下承壓槽同時(shí)供油，轉(zhuǎn)臺(tái)導(dǎo)軌處于閉式靜壓狀態(tài)，此時(shí)回轉(zhuǎn)精度高，對(duì)保證磨削精度和磨削效率有利。
5、復(fù)合靜壓導(dǎo)軌供油系統(tǒng)。復(fù)合靜壓導(dǎo)軌供油系統(tǒng)原理如圖(2)所示，當(dāng)導(dǎo)軌處在卸荷狀態(tài)時(shí)，通過(guò)設(shè)定比例溢流閥6的壓力使系統(tǒng)處在一定壓力，使導(dǎo)軌處在卸荷狀態(tài)，此時(shí)，壓力油通入上承壓槽，而二位二通閥14將下承壓槽供油路斷開(kāi)，即下承壓槽不通電，二位三通閥15處在圖示狀態(tài)，鎖緊壓力槽與油箱相通，導(dǎo)軌處在非鎖緊狀態(tài)。
二、重型轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)軸定心軸承靜壓再制造
重型轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)軸軸承多采用滾動(dòng)軸承，這些滾動(dòng)軸承承載較高，精度較高，因而成本相對(duì)較高，但因摩擦損耗，壽命較低，精度保持性不高。所以我們?cè)趯?duì)轉(zhuǎn)臺(tái)導(dǎo)軌靜壓化的同時(shí)，對(duì)定心軸承一起進(jìn)行了靜壓化升級(jí)再制造。其具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖(1)，靜壓軸承套108固定在轉(zhuǎn)臺(tái)基座上，轉(zhuǎn)軸109固定在工作臺(tái)的中心，與一般靜壓主軸不同，由于是重型機(jī)床，負(fù)荷較大，我們采用較大直徑(φ500)的主軸，并在軸承套108上開(kāi)了均布的6個(gè)承壓槽(一般為4個(gè))，軸承套108與轉(zhuǎn)軸109之間的半徑間隙0.02mm。
以上具有復(fù)合功能的轉(zhuǎn)臺(tái)導(dǎo)軌和靜壓化定心軸承再制造結(jié)構(gòu)方案，已成功應(yīng)用在我公司生產(chǎn)的2MK95315和2MK95400數(shù)控精密立式萬(wàn)能磨床上，并且已取得較好的效果，將其應(yīng)用到重型機(jī)床的再制造中來(lái)也具有很大的可能性。
