ML100數(shù)控機床滑動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)設(shè)計及剛度分析-論文

ML100數(shù)控機床滑動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)設(shè)計及剛度分析摘要對于ML100數(shù)控機床的靜壓導(dǎo)軌研究，本文依據(jù)現(xiàn)有費靜壓導(dǎo)軌研究方案，詳細的分析和研究了ML100機床的靜壓導(dǎo)軌。首先，本文分析了現(xiàn)有的導(dǎo)軌類型以及不同類型導(dǎo)軌的具體優(yōu)缺點，針對本文特定的靜壓導(dǎo)軌，本文還進行了靜壓導(dǎo)軌的特性分析；其次，本文對靜壓導(dǎo)軌進行了靜力學(xué)分析以及疲勞特性分析，詮釋了靜壓導(dǎo)軌的優(yōu)勢。關(guān)鍵詞：數(shù)控機床；靜壓導(dǎo)軌；疲勞特性分析；靜力學(xué)分析ABSTRACTForhydrostaticguidewayresearchML100ncmachinetools,basedontheexistinghydrostaticguidewaystudyscheme,detailedanalysisandstudiesthehydrostaticguidewayML100machinetool.First,thispaperanalyzestheexistingtypesofguiderailandtheadvantagesanddisadvantagesofdifferentkindsofguiderailagainstthisparticularhydrostaticguideway,thisarticlealsoanalysesthecharacteristicsofthehydrostaticguideway;Secondly,thispaperdealswithhydrostaticguidewaystaticsanalysisandfatiguecharacteristicanalysis,explainedtheadvantagesofhydrostaticguideway.KeyWords:Ncmachinetool;Hydrostaticguideway;Fatiguecharacteristicsanalysis;Staticsanalysis

目錄摘要 緒論1.1課題研究目的和意義ML100數(shù)控機床是由齊二機床研發(fā)具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的高端重型核電零件加工設(shè)備，主要用于核電關(guān)鍵零件水室封頭的特殊內(nèi)、外形的精確加工。機床采用動梁龍門移動布局,工作臺具有旋轉(zhuǎn)和分度兩種功能，通過互鎖機構(gòu)保證車削與銑削功能的可靠實現(xiàn)，滑枕帶B軸功能，B軸帶有靜壓卸荷、液壓定位及夾緊功能，可實現(xiàn)X-Z平面內(nèi)斜孔、斜面的高效加工。該機床的成功研制對滿足大尺寸、大噸位、高精度核電零件精確加工與批量化生產(chǎn)的需求，有效推進第三代核電裝備的系列化、批量化制造推動核電裝備制造技術(shù)進步具有重要實意義。目前國內(nèi)機床存在工作效率低，工作速度低的問題，機床導(dǎo)軌面結(jié)構(gòu)是機床工作過程中的重要一環(huán)所以近些年設(shè)計者在設(shè)計機床時，導(dǎo)軌的設(shè)計形式是多種多樣的。人們不禁要問，哪一種導(dǎo)軌是最佳的。機床控制元件的運動實現(xiàn)了機床的精密加工，這是手動工具和機床的主要區(qū)別，而導(dǎo)軌面結(jié)構(gòu)是機床的控制元件之一。機床制造者最關(guān)心的莫過于機床的精度，剛性和使用壽命。對導(dǎo)軌系統(tǒng)的研究途徑是很不夠的，至少在機床制造技術(shù)方面沒有把它放在重要的位置上，在機床樣本，宣傳廣告上，最具有吸引力的技術(shù)參數(shù)是：主軸轉(zhuǎn)速、進給速度、換刀時間和快速進給速度。當然，這些參數(shù)對機床的性能是很重要的。但導(dǎo)軌為機床功能的實現(xiàn)奠定了可靠的基礎(chǔ)。由于具有工作壽命長、摩擦系數(shù)低、速度變化和載荷變化對油膜剛度影響小、工作穩(wěn)定等諸多優(yōu)點，液體靜壓導(dǎo)軌被廣泛應(yīng)用于精密加工機床、雷達天線等民用與軍用設(shè)備中。隨著對數(shù)控機床的加工精度和效率要求的不斷提高為了提高工作臺承載能力和性能，減少工作臺和底座間磨損，延長工作臺使用壽命，液體靜壓導(dǎo)軌在各種數(shù)控機床中(特別是重載高精度數(shù)控機床)也得到了廣泛的應(yīng)用。1.2國內(nèi)外機床導(dǎo)軌研究發(fā)展現(xiàn)狀靜壓導(dǎo)軌因具有高精度、高剛度、長壽命等一系列優(yōu)點而得到了廣泛的應(yīng)用。支承是機床和其他機械設(shè)備的重要部件，直接影響機械設(shè)備的工作性能。液體靜壓支承技術(shù)的應(yīng)用主要包括液體靜壓軸承和液體靜壓導(dǎo)軌兩大類。液體靜壓導(dǎo)軌是液體靜壓支承技術(shù)在導(dǎo)軌中的主要應(yīng)用。液體靜壓導(dǎo)軌的主要優(yōu)點是：摩擦系數(shù)小，一般為0.0005～0.001機械效率高；導(dǎo)軌面之間的油膜很??；具有良好的潤滑性和吸振性；導(dǎo)軌長期使用無磨損；工作運動平穩(wěn)。因此，液體靜壓導(dǎo)比滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌的壽命高許多倍。同時，液體靜壓導(dǎo)軌運動速度的變化對其油膜厚度和剛度的影響小，消除了工作臺低速運動的“爬行”現(xiàn)象，且降低了對導(dǎo)軌材料的要求[4]。由于液體靜壓導(dǎo)軌具有上述諸多優(yōu)點，且技術(shù)的不斷成熟，因此液體靜壓導(dǎo)軌能滿足高精度、重載荷及各種速度范圍機床的要求，在各種機床(尤其是數(shù)控機床、超精密機床)中得到了廣泛的應(yīng)用。當今生產(chǎn)的數(shù)控機床廣泛采用液體靜壓導(dǎo)軌。例如：美國IlqGERSOLL集團旗下的德國WALDluCHSIEGEN公司和WAI，DRjCHCOBURG公司、法國FORESTLINE公司、日本的TOSⅡBA公司均生產(chǎn)采用液體靜壓導(dǎo)軌的數(shù)控龍門鏜銑床。液體靜壓導(dǎo)軌在超精密加工機床中的應(yīng)用也較為廣泛。超精密加工設(shè)備是實現(xiàn)超精密加工技術(shù)的必須手段，而超精密機床的性能取決于其關(guān)鍵部件的性能。導(dǎo)軌副是超精密機床的關(guān)鍵部件之一，直接影響超精密加工的精度。液體靜壓導(dǎo)軌相對于滾動導(dǎo)軌和動壓導(dǎo)軌有摩擦阻力小、使用壽命長、速度范圍廣、抗振性能好和適應(yīng)性好等優(yōu)點。因此，液體靜壓導(dǎo)軌在超精密加工機床中液體靜壓導(dǎo)軌得到了廣泛應(yīng)用。例如：美國LLNL實驗室從60年代開始研制精密機床，該實驗室先后開發(fā)了DTM-I、DTM-2型超精密機床，并于1983年9月成功地開發(fā)出代表當代超精密機床最高水平的DTM．3型臥式大型光學(xué)金剛石超精密車床。該機床利用激光干涉儀來進行位置測量，采用液體靜壓軸承和液體靜壓導(dǎo)軌，位置控制精度可達O．0139m，加工的黃銅零件表面粗糙度可0.0076um。在日本，大森整等人將超精密油靜壓驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)用于超精密多軸鏡面加工機床上，位置精度分辨率達到lOnm，加工工件粗糙度7rim。NanoTechS00FG采用液體靜壓導(dǎo)軌，其水平直線度和垂直直線度分別達到0.2um／250mm和0.51。um／250mm，定位精度為0.3／um／250mm。小泉孝一等人將液體靜壓導(dǎo)軌技術(shù)成功的應(yīng)用于生產(chǎn)民用液晶顯示器的平面研磨機上。在國內(nèi)，液體靜壓導(dǎo)軌在各種機床中的應(yīng)用也越來越普遍。例如：國產(chǎn)XK2125數(shù)控龍門鏜銑床床身工作臺導(dǎo)軌、寶鋼寬厚板主體設(shè)備中的剪切線雙邊剪設(shè)備和YK73125成形磨齒機中的主要導(dǎo)軌運動副均采用液體靜壓導(dǎo)軌技術(shù)[1]。1.3課題研究的主要內(nèi)容和方法 本次課題研究的主要內(nèi)容：1.熟悉機床導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)的特點，選著所需的導(dǎo)軌。2.明確設(shè)計要求擬定機床導(dǎo)軌設(shè)計制造總體方案制。3.進行機床導(dǎo)軌有限元分析。本次課題研究的解決方法：通過對靜壓導(dǎo)軌的優(yōu)缺點，導(dǎo)軌的受力分析，導(dǎo)軌的材料、潤滑條件、加工工藝、維護措施和通過考察調(diào)研，查閱相關(guān)資料，綜合應(yīng)用專業(yè)的理論知識,掌握機械裝置的設(shè)計方法和步驟,在通過多次的計算校對等方面來完成。2機床導(dǎo)軌的選用2.1導(dǎo)軌的功用和分類 導(dǎo)軌的功用是導(dǎo)向和承載。在導(dǎo)軌副（如工作臺和床身導(dǎo)軌）中，運動的一方面（如工作臺導(dǎo)軌）叫動導(dǎo)軌，不動的一方（如床身導(dǎo)軌）叫做支承導(dǎo)軌。導(dǎo)軌按摩擦性質(zhì)可分為滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌。在滑動導(dǎo)軌中有靜壓導(dǎo)軌、動壓導(dǎo)軌和普通導(dǎo)軌。靜壓導(dǎo)軌的原理和靜壓動軸承相同，兩導(dǎo)軌面間有一層靜壓油膜，屬于純液體摩擦，多用于進給運動導(dǎo)軌。動壓導(dǎo)軌，當導(dǎo)軌面間的相對滑動速度達到一定值后，液體的動壓效應(yīng)是導(dǎo)軌油腔處出現(xiàn)壓力油楔，把兩導(dǎo)軌面分開，從而形成液體摩擦，這種導(dǎo)軌只能用于高速的場合，故僅用作主運動導(dǎo)軌，例如立式車床導(dǎo)軌。普通滑動導(dǎo)軌的摩擦狀態(tài)有的為混合摩擦。這時，在導(dǎo)軌面間雖有一定得的動壓效應(yīng)，但由于速度還不夠高，油楔還不足以隔開導(dǎo)軌面，導(dǎo)軌面仍處于直接接觸狀態(tài)。大多數(shù)普通滑動導(dǎo)軌屬于這一類。有的普通滑動導(dǎo)軌速度很低，導(dǎo)軌間不足以產(chǎn)生動壓效應(yīng)，處于邊界摩擦狀態(tài)。2.2滑動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌與滾動導(dǎo)軌的特點和經(jīng)濟性導(dǎo)軌質(zhì)量對機床剛度,加工精度和使用壽命具有很大的影響,作為機床進給系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié),不同類型的機床對導(dǎo)軌的要求不同,數(shù)控機床的導(dǎo)軌比普通機床的導(dǎo)軌要求要高。且希望其高速進給時不發(fā)生振動,低速進給時不出現(xiàn)爬行,靈敏度高。耐磨性好,可在重載下長期連續(xù)工作,精度保持性好等,這是機床制造廠設(shè)計機床和機床用戶選用機床時,必須考慮的問題。下面對三種導(dǎo)軌形式進行比較:2.2.1滑動導(dǎo)軌滑動導(dǎo)軌在機床上應(yīng)用的歷史最為久遠,至今在各類機床產(chǎn)品上廣為應(yīng)用,尤其是普通機床,它往往采用鑄鐵件或鑲鋼導(dǎo)軌制成。為了提高導(dǎo)軌的耐磨壽命和精度,一般對導(dǎo)軌表面進行面淬火及磨削加工,現(xiàn)代機床尤其是數(shù)控機床常用塑料滑動導(dǎo)軌。塑料滑動導(dǎo)軌具有摩擦因數(shù)低,且動、靜摩擦因數(shù)差值小,減振性好,具有良好的阻尼性,耐磨性好,有自潤滑作用,塑料滑動導(dǎo)軌有鑄鐵表面淬火—塑料滑動導(dǎo)軌和鑲鋼—塑料導(dǎo)軌。塑料滑動導(dǎo)軌常用在導(dǎo)軌副的運動導(dǎo)軌上,與之相配的金屬導(dǎo)軌采用鑄鐵或鋼質(zhì)材料。塑料導(dǎo)軌分為注塑導(dǎo)軌和貼塑導(dǎo)軌,導(dǎo)軌上的塑料常用環(huán)氧樹脂耐磨涂料和聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶。注塑導(dǎo)軌。導(dǎo)軌注塑或抗磨涂層的材料是以環(huán)氧樹脂和二硫化鉬為基體,加入增塑劑,混合成膏狀為一組分,固化劑為另一組分的雙組分塑料這種涂料附著力強,具有良好的可加工性,可經(jīng)車、銑、刨、鉆、磨削和刮削加工。也有良好的摩擦性和耐磨性,而且抗壓強度比聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶要高,固化時體積不收縮,尺寸穩(wěn)定。特別是可在調(diào)整好固定導(dǎo)軌和運動導(dǎo)軌間的相關(guān)位置精度后注入涂料?？晒?jié)省許多加工時間,特別適用于重型機床和不能用導(dǎo)軌軟帶的復(fù)雜配合型面。貼塑導(dǎo)軌。在導(dǎo)軌滑動面上貼一層抗磨的塑料軟帶,與之相配的導(dǎo)軌滑動面經(jīng)淬火和磨削加工。軟帶以聚四氟乙烯為基材,添加合金粉和氧化物制成。塑料軟帶可切成任意大小和形狀,用膠粘劑粘貼在導(dǎo)軌基面上由于這類導(dǎo)軌軟帶用粘貼方法,故稱為貼塑導(dǎo)軌。一般說來,滑動導(dǎo)軌最顯著的特點是具有優(yōu)良的剛性,吸振性(抑制刀具切削時產(chǎn)生的振動)和阻尼性(防止導(dǎo)軌系統(tǒng)啟動或停止時的振動),適宜切削負載大的機床使用。且成本較低,經(jīng)濟實用[6]。2.2.2滾動導(dǎo)軌滾動導(dǎo)軌的特點是:磨擦系數(shù)小,磨擦系數(shù)一般在0.0025~0.005的范圍內(nèi),動、靜摩擦系數(shù)基本相同,啟動阻力小,不易產(chǎn)生沖擊,低速運動穩(wěn)定性好;定位精度高,運動平穩(wěn),微量移動準確,磨損小,精度保持性好,壽命長抗振性差,對防護要求高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造較困難,一般由專業(yè)廠制造,成本較高。滾動導(dǎo)軌尤其是直線滾動導(dǎo)軌,這十幾年被大量采用,隨著數(shù)控機床高速化趨勢的出現(xiàn),而被應(yīng)用得越廣泛。與滑動導(dǎo)軌不同的是,由于滾動導(dǎo)軌采用了鋼球或滾柱作為滾動體,其與導(dǎo)軌的接觸特點為點接觸或線接觸,具有較小的摩擦系數(shù)。又由于滾動導(dǎo)軌在組裝過程中施加了一定的預(yù)加負荷有較好的導(dǎo)軌的阻尼特性,但這種阻尼特性較之傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌的阻尼特性有一定差距。2.2.3靜壓導(dǎo)軌靜壓導(dǎo)軌是將有一定壓力的油液,通過節(jié)流器輸送到導(dǎo)軌面的油腔中,形成壓力油膜浮起運動部件,使導(dǎo)軌工作表面處于純液體摩擦不產(chǎn)生磨損,精度保持性好,同時摩擦系數(shù)也極低,從而使驅(qū)動功率大為降低。此外,靜壓導(dǎo)軌的運動不受速度和負載的限制,低速無爬行,承載能力大,剛度好;油液有吸振作用,導(dǎo)軌摩擦發(fā)熱也小,其缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,需配置一套專門的液壓系統(tǒng)作為供油系統(tǒng),油的清潔度要求高.。從大型重載機床且要求精度較高的角度看比較實用。2.3導(dǎo)軌耐磨性當移動部件沿導(dǎo)軌移動時，要求導(dǎo)軌具有足夠的導(dǎo)向精度。然后移動部件長時間的移動，將會磨損導(dǎo)軌而影響導(dǎo)向精度。導(dǎo)軌磨損的快慢，取決于下列因素:導(dǎo)軌材料的杭磨性能，表面是否熱處理，兩條導(dǎo)軌的平行度、直線度，比壓大小，潤滑方式等。采用下述措施可提高導(dǎo)軌的耐磨性:2.3.1導(dǎo)軌材料的選擇 導(dǎo)軌大多用灰鑄鐵或合金鑄鐵材料，耐磨性能好，材料中的石墨起著潤滑、減磨作用。一般選用硬度較高的灰鑄鐵HT200(硬度HB170~241)材料的硬度高，耐磨性也會提高。2.3.2鑄鐵導(dǎo)軌工作面淬火處理 經(jīng)驗證明，兩偶合件(指滑臺面、導(dǎo)軌面)硬度相同，則磨損最厲害所以，滑臺面（軌)不應(yīng)淬火，其硬度可較低，制作與修理也容易，導(dǎo)軌面(凸軌)則應(yīng)硬度較高，因它的修理比較復(fù)雜、成本高。在市場上銷售的各種滑臺中，有的凸導(dǎo)軌工作面沒有進行熱處理，因而滑臺工作壽命不長使用滑臺的工廠，有條件的可自行設(shè)計淬火設(shè)備，對凸導(dǎo)軌進行淬火，以提高導(dǎo)軌的耐磨性。2.3.3導(dǎo)軌面的加工精度與表面光整分析兩組合導(dǎo)軌的加工精度，對耐磨性有很大影響。當導(dǎo)軌需要刮研加工時，一般用途的導(dǎo)軌每25x25mm面積內(nèi)，要求不少于10個色點。導(dǎo)軌的直線性允差每米0.02~0.03mm。兩導(dǎo)軌之間平行度允差每米0.03mm。導(dǎo)軌工作表面需經(jīng)磨削或刮研。2.3.4驗算導(dǎo)軌面“比壓” 為了提高導(dǎo)軌的耐磨性，必須限制導(dǎo)軌面上的平均壓力p(“比壓”)。如果導(dǎo)軌支承面積設(shè)計過小，而負載很大，則“比壓”就很大，其結(jié)果會使導(dǎo)軌表面因油膜破壞而加速磨損一般滑臺快進、快退速度V〈10min，則許用“比壓”〔p〕=4磨6kg/c。2.3.5導(dǎo)軌潤滑與保護 一般標準滑臺上的自動供油器，用戶大多閑置不用，因為油液損耗大，且不能回收?，F(xiàn)在有的滑臺或機床已配置手動供油器，節(jié)油明顯深受歡迎。導(dǎo)軌防護罩必不可少。在自動線機床上廣泛配置薄鋼板伸縮式防護罩，工作可靠，壽命長，數(shù)年不壞。防護罩型號，規(guī)格眾多，亦可按需要定做[6]。2.4三種導(dǎo)軌的性能分析及導(dǎo)軌的選擇機床在制造過程中對導(dǎo)軌的精度要求很高,一般需要經(jīng)驗豐富的工人進行鏟刮和調(diào)整?；瑒訉?dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌都需要配刮,技術(shù)要求高,勞動強度大,效率低。而直線導(dǎo)軌在連接件(底座、滑鞍、立柱)加工精度較好的情況下,可調(diào)整鎖緊螺釘和側(cè)面壓板來調(diào)整精度,技術(shù)要求高,相對勞動強度較小,效率較高。機床在長期的使用過程中一次沖撞也不發(fā)生幾乎是不可能的,因而除產(chǎn)品設(shè)計時要對高速移動部件進行防撞擊后可能出現(xiàn)的故障程度予以重點考慮。一般說來,如果機床移動部件發(fā)生沖撞,滾動導(dǎo)軌尤其是直線滾動導(dǎo)軌更容易受到損壞,其損壞形式主要是導(dǎo)軌系統(tǒng)中的滾動體及滾道的表面破損一旦損壞,用戶自行修復(fù)的可能性極小,只有更換新的。而滑動導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌則有助于減少或減輕此類損壞,原因是它們的接觸面積大承受沖擊的能力較強。現(xiàn)從大型重載機床且要求精度較高的角度看應(yīng)選用靜壓導(dǎo)軌[2]。2.5本章小結(jié) 總之無論是設(shè)計還是在選用數(shù)控機床都應(yīng)該根據(jù)實際情況來選用導(dǎo)軌形式。高精尖產(chǎn)品宜采用直線導(dǎo)軌,大型重載機床且要求精度較高時可采用直線靜壓導(dǎo)軌。3靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)分析 3.1靜壓導(dǎo)軌 靜壓導(dǎo)軌是在兩個相對運動的導(dǎo)軌面間通入壓力油,使運動件浮起,工作過程中油膜壓力隨外載荷變化而變化,以平衡作用在導(dǎo)軌上的外負載,在不同速度(包括靜止)下都能保證導(dǎo)軌面間始終處于純液體摩擦狀態(tài),從而大大減小了兩導(dǎo)軌面作相對運動時的摩擦阻力,減小了拖動導(dǎo)軌運動時的動力消耗,并具有很高的運動精度。靜壓導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式分為單邊式靜壓導(dǎo)軌、對稱式靜壓導(dǎo)軌(如圖3—1和圖3—2)。圖3-1單邊式靜壓導(dǎo)軌圖3-2對稱式靜壓導(dǎo)軌單邊式靜壓導(dǎo)軌一般承受垂直的單向負荷,其負荷的方向只能朝油膜厚度減少的方向;對稱式靜壓導(dǎo)軌能承受雙向的垂直負荷,其油膜剛度比單邊式的好,但制造較復(fù)雜。還有一種對稱式靜壓導(dǎo)軌,除了支承工作臺垂直方向的負荷外,又能承受側(cè)面方向的負荷(如圖3-3)。而我們采用的是對稱式靜壓導(dǎo)軌。圖3-3口具側(cè)向承載的對稱式靜壓導(dǎo)軌3.2靜壓導(dǎo)軌的優(yōu)缺點 靜壓導(dǎo)軌的優(yōu)點很多,主要有以下幾項:a.靜壓導(dǎo)軌由于處于完全油膜的純液體摩擦狀態(tài),摩擦系數(shù)很低(約0.0005),驅(qū)動功率可大幅度降低;b.靜壓導(dǎo)軌的運動不受負荷和速度的限制,低速運動時平穩(wěn)性好,不會出現(xiàn)爬行現(xiàn)象;c.液壓摩擦的導(dǎo)軌,不易產(chǎn)生磨損,因此可以長期保持導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度,提高導(dǎo)軌的使用壽命;d.液壓油具有振動吸收能力,使機床抗振性能良好;e.靜壓導(dǎo)軌的承載能力大,剛度大;f.靜壓導(dǎo)軌的摩擦熱量小,導(dǎo)軌溫升及熱變形小,可以提高機床的加工精度。靜壓導(dǎo)軌的缺點如下:a.靜壓導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,且需一套供給油壓設(shè)備,因此機床的成本就會提高;b.靜壓導(dǎo)軌的油膜厚度比較難以保持恒定[7]。3.3靜壓導(dǎo)軌承載能力 設(shè)靜壓導(dǎo)軌油腔中潤滑油的壓強為p，當它沿封油邊向外流出時，壓強逐漸降低，與大氣相通后，壓強降為零。假設(shè)壓強的變化是線性的，則可用式（1）表明動導(dǎo)軌的受力平衡條件：(3-1)(3-2)式中F—每個支座所受的外載，包括工件重力和切削力（N）；W—每個支座所承受的動導(dǎo)軌（工作臺）的重力（N）;p—油腔內(nèi)油的壓強（Mpa）；A—支座的面積，A=BL（）—有效承載面積系數(shù)L、B—分別為支座的長度和寬度（mm）l、b－分別為油腔的長度和寬度（mm）當確定了每個支座所承受的載荷以及支座和油腔的尺寸后，就可以按式（1）計算油腔內(nèi)潤滑油的壓強。隨著載荷的變化，油腔的壓強p也在變化。因此對于變載荷的情況，應(yīng)計算出油腔內(nèi)的最大與最小壓強(3-3)3.4本章小結(jié) 在對靜壓導(dǎo)軌的介紹和大型重載機床要求精度較高的情況下，我們選擇的是對稱式靜壓導(dǎo)軌。通過應(yīng)用靜壓導(dǎo)軌技術(shù),使重型機床動態(tài)特性好,抗振性強,運動精度高,大大提高了工件的加工精度。但有一項需特別注意,那就是靜壓導(dǎo)軌承載能力。因此在靜壓導(dǎo)軌設(shè)計時，應(yīng)首先確定最大承載能力，運動直線度誤差及其評定長度，然后優(yōu)化它們的取值，以提高導(dǎo)軌運動精度并降低其加工難度。4.靜壓導(dǎo)軌有限元分析4.1靜壓導(dǎo)軌靜力學(xué)分析靜壓導(dǎo)軌的重要性不言而喻，在如今高精度，高水平的生產(chǎn)要求下，靜壓導(dǎo)軌的應(yīng)力，應(yīng)變，以及受力變形量備受關(guān)注，本文基于Solidworks的有限元分析模塊對靜壓導(dǎo)軌進行了靜力學(xué)分析。首先，模擬一段靜壓導(dǎo)軌約200mm，基本參數(shù)如表4-1所示。表4-1靜壓導(dǎo)軌容積屬性質(zhì)量0.611082kg體積83.7099cm^3密度0.0073kg/cm^3重量0.610668kgf在Solidworks中進行靜力學(xué)算例建立，算例的屬性特征，如表4-2所示。表4-2靜力學(xué)算例屬性名稱:鑄造合金鋼模型類型:線性彈性同向性默認失敗準則:最大vonMises應(yīng)力屈服強度:241.275N/mm^2張力強度:448.082N/mm^2彈性模量:190000N/mm^2泊松比:0.26質(zhì)量密度:7.3g/cm^3抗剪模量:78000N/mm^2熱擴張系數(shù):1.5e-005/Kelvin對靜壓導(dǎo)軌進行靜力學(xué)分析，第一步，首先需要對工件進行裝夾施加負載，載荷的方向如圖4-1所示，載荷大小為1000N。圖4-1靜壓導(dǎo)軌載荷方向示意圖裝夾好靜壓導(dǎo)軌之后，需要對導(dǎo)軌進行網(wǎng)格劃分，本文的網(wǎng)格劃分信息如表4-3所示。表4-3靜壓導(dǎo)軌網(wǎng)格劃分特性節(jié)點總數(shù)54050單元總數(shù)34206最大高寬比例23.908單元(%),其高寬比例<390.4單元(%),其高寬比例>100.0731扭曲單元（雅可比）的%0完成網(wǎng)格的時間(時;分;秒):00:00:04執(zhí)行表4-3中所設(shè)定的網(wǎng)格參數(shù)之后，靜壓導(dǎo)軌的網(wǎng)格劃分示意圖，如圖4-2所示。圖4-2靜壓導(dǎo)軌網(wǎng)格劃分示意圖由圖4-2可以看出，靜壓導(dǎo)軌網(wǎng)格劃分均勻，未出現(xiàn)局部斷裂以及網(wǎng)格雜亂情況，因此，本步驟執(zhí)行有效。對靜壓導(dǎo)軌網(wǎng)格劃分之后，即可執(zhí)行靜力分析算例，本文分別模擬了上述條件下的靜壓導(dǎo)軌的應(yīng)力，應(yīng)變，以及位移變化。應(yīng)力變化模擬圖，如圖4-3所示。圖4-3靜壓導(dǎo)軌應(yīng)力分析示意圖由圖4-3可以看出，靜壓導(dǎo)軌的應(yīng)力集中點主要為與滑塊兩側(cè)的接觸位置，且應(yīng)力集中均符合正常標準，最大的應(yīng)力為0.731N/mm^2屈服力為241.275，大于材料的允屈服強度，可正常使用，無需進行調(diào)整。為了進一步表示靜壓導(dǎo)軌的形變情況，本文設(shè)計模擬了靜壓導(dǎo)軌的位移變化模型，如圖4-4所示。圖4-4靜壓導(dǎo)軌位移變化模擬圖由圖4-4可以看出，導(dǎo)軌的形變主要集中于，對導(dǎo)軌面有所破壞的螺栓孔，以及兩端。因此，在實際應(yīng)用中，需要合理設(shè)計導(dǎo)軌的有效運行區(qū)間，防止滑塊滑動至導(dǎo)軌兩端。其中最小形變?yōu)?.661e-9，最大形變量為2.68e-6，形變量過小，基本可以忽略不計。4.2靜壓導(dǎo)軌壽命分析機床的靜壓導(dǎo)軌的使用壽命長短，直接關(guān)系到機床的運行平穩(wěn)性，雖然本文設(shè)計了靜壓導(dǎo)軌的靜力學(xué)分析，但是為了進一步分析靜壓導(dǎo)軌的使用壽命，本文又設(shè)計模擬了靜壓導(dǎo)軌的疲勞分析模型。本文任然采用Solidworks中的疲勞特性分析模塊，建立疲勞特性分析算例，算例特性如表4-4所示。表4-4靜壓導(dǎo)軌疲勞特性算例屬性算例名稱疲勞1分析類型疲勞(恒定振幅)事件交互作用隨機計算交替應(yīng)力的手段應(yīng)力強度(P1-P3)殼體面頂面平均應(yīng)力糾正無疲勞強度縮減因子1本文采用的疲勞特性分析事件依然采用上述的靜力分析模型事件，設(shè)定基本參數(shù)之后，即規(guī)定S-N曲線，本文所研究的靜壓導(dǎo)軌S-N曲線，如圖4-5所示。圖4-5靜壓導(dǎo)軌S-N曲線設(shè)定靜壓導(dǎo)軌的S-N曲線之后，分析靜壓導(dǎo)軌的破壞情況，以及壽命特性，如圖4-6和4-7所示圖4-6靜壓導(dǎo)軌破壞模擬圖4-7靜壓導(dǎo)軌壽命屬性由圖4-6和4-7可以看出，靜壓導(dǎo)軌的使用破壞特性以及使用壽命均符合靜力學(xué)分析特性，且使用周期達到了1.0e+6天，也就是說，在正常使用情況下，靜壓導(dǎo)軌可以使用20多年。4.3本章小結(jié)本章節(jié)主要研究了靜壓導(dǎo)軌的靜力學(xué)特性，分別設(shè)計模擬了靜壓導(dǎo)軌的應(yīng)力，形變，從靜力學(xué)角度詮釋了靜壓導(dǎo)軌的耐用性以及實用性。之后，本文規(guī)定靜壓導(dǎo)軌的材料屬性，設(shè)定了靜壓導(dǎo)軌的S-N曲線，分析了靜壓導(dǎo)軌的疲勞壽命?？偨Y(jié)液體靜壓導(dǎo)軌的主要優(yōu)點是：摩擦系數(shù)小，一般為0.0005～0.001機械效率高；導(dǎo)軌面之間的油膜很??；具有良好的潤滑性和吸振性；導(dǎo)軌長期使用無磨損；工作運動平穩(wěn)。因此，液體靜壓導(dǎo)比滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌的壽命高許多倍。同時，液體靜壓導(dǎo)軌運動速度的變化對其油膜厚度和剛度的影響小，消除了工作臺低速運動的“爬行”現(xiàn)象，且降低了對導(dǎo)軌材料的要求。本文設(shè)計了一段ML100的靜壓導(dǎo)軌，并對該導(dǎo)軌進行了詳細的靜力學(xué)特性分析以及使用壽命研究，詳細詮釋了靜壓導(dǎo)軌的平穩(wěn)性以及耐用性。致謝我經(jīng)過將近兩個月時間的不懈努力終于完成了我的畢業(yè)設(shè)計論文編寫工作,此次我的論文能夠順利的完成離不開我的指導(dǎo)老師的悉心指點和教導(dǎo),如果沒有老師的指導(dǎo)和幫助，在我的論文寫作過程中所遇到的種種困難就不會順利的解決。如果不是老師一次又一次的對我的論文進行修改和指導(dǎo),我的論文也不可能最終完成。在此我要由衷的感謝我的指導(dǎo)老師,感謝您在這幾個月里對我在論文的編寫上的幫助,同時我也要感謝我的同學(xué)們,在我遇到困難,不知道該如何去解決時,是你們?yōu)槲姨峁┝藢氋F的建議和解決方法,讓我找到靈感和方向,從而使得困擾我的問題能夠得以解決。我還要感謝我的朋友和家人,在此次接頭零件及銑切夾具的設(shè)計過程中,當我不知道該如何去進行設(shè)計時,是你們陪我一起去到市場上進行實地的考察,并在你們的鼓勵和幫助下,我才順利完成此次的設(shè)計。通過完成此次的畢業(yè)設(shè)計工作,不僅讓我對大學(xué)這四年所學(xué)到的知識進行了一次回顧,而且還學(xué)到了很多新的知識和解決困難的合理方法,對我以后在社會上工作具有很多的幫助。在此,我再次向所有幫助過我的同學(xué),老師,朋友和家人表示感謝,由于我的水平有限如果我的論文中有不好的地方希望老師們提出批評和指證。參考文獻[1]丁振乾.流體靜壓支承設(shè)計[M],上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社,1989,1-50.[2]陳燕生等.液體靜壓支承原理和設(shè)計[M],北京:國防工業(yè)出版社,1980, 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