SC-50/85 CNC数控立式车床工作台静压导轨改造设计

■哈尔滨电机厂有限责任公司 （黑龙江哈尔滨 150040） 张明良 王立春

罗马尼亚SC-50/85 CNC数控立式车床经工作台静压系统改造后使用至今，由于年久失修，其工作台承载质量已降为60t，达不到出厂设计值100t。根据生产需要，现需对其进行改造升级。立式车床底座及旋转工作台经设计验算，其强度、刚度和稳定性满足承载质量增至150t的条件，故只需对工作台静压结构形式和液压系统进行重新设计改造。

1. 静压导轨结构形式

（1）静压导轨供油方式确定 液体静压导轨供油方式分为恒压和恒流两种，二者各有优缺点，本次静压工作台改造选用恒流供油方式。

主要原因基于以下几点。

1）此数控立式车床已使用20余年，工作台承载质量需在原设计值上提升，故工作台基础刚度有限，且机床加工工件种类多、质量不均，导致导轨上各个油腔压力不可能均匀。恒流供油方式压力储备大、过载能力强，只要有足够的流量，就能够保持导轨之间脱离接触，形成纯液体摩擦。

2）车间环境较差，液压油容易受到污染，产生脏物、杂质等，恒压节流器一旦堵塞，恒压导轨的油腔就会失压，容易产生事故。若采用恒流静压，无节流器，即无堵塞现象发生，设备安全可靠性高。

3）恒压式液压泵供油压力高于油腔压力，通过节流器使压力下降产生热量，同时溢流阀溢流既消耗功率，又产生热量，导致油温升高，机床产生热变形，从而降低机床精度，甚至出现机床故障停产。

（2）静压腔结构形式确定 立式车床底座的静压导轨原始设计为恒压供油方式，导轨为一环结构，均布12个静压腔。在载荷不均匀的情况下，尤其是载荷集中在工作台中心位置时，工作台发生变形，静压导轨油膜建立不好，静压浮起量较小，出现了研伤导轨现象，导致工作台承载能力下降。

为避免上述情况再次发生，此次改造对静压导轨形式进行重新设计，将原有一环结构改造为两环结构，增加内环导轨。同时，将外环隔为两圈静压腔，其目的是即使外环外圈静压腔因工作台变形泄压而失效，外环里圈静压腔仍可保证工作台正常旋转工作。另外，由于外环两圈静压腔距离较近，且静压流量可调，故可视为一环静压导轨，不会发生过定位现象。改造前后导轨形式如图1所示。

图1 静压导轨改造前后结构形式

改造后三圈导轨静压腔选用3个多头泵分别供油，且每个静压腔都由单独油路供油，便于提高系统油膜的刚度，保证工作台的变形量，同时也提高了工作台运行的安全性。3台供油齿轮泵需由变频电动机控制，可以对静压导轨流量进行调整，从而改变各环的承载能力，以适应不同工件在工作台上的装夹位置。

2. 静压导轨的设计与计算

测量工作台导轨原有的外环静压腔及节流边几何尺寸，计算静压腔有效面积为

式中，Ae为单液压腔有效承载面积（m2）；l为单静压腔长度（m）；b为单静压腔宽度（m）；L为单静压单元长度（m）；B为单静压单元宽度（m）。

经计算，Ae=0.227m2。

已知工作台设计承载重量150t，工作台质量24t，由于工作台外环为主要承载重量部位，且机床加工时还存在切削力，所以为保证工作台负载运转可靠，工作台外环计算负载约取200t，即W =2 000kN，则工作台最大工作压力为

式中，P为工作台最大工作压强（Pa）；n为静压腔数量L-AN32全损耗系统用油，这里n=12。

经计算，P=8.981×105Pa。

静压导轨选择L-A N32全损耗系统用油，液压系统油温制冷机将最高液压油温度控制在50℃以下，N32全损耗系统用油在50℃时动力黏度为μ=1.785×10-2Pa·s，此时静压导轨所需液压油流量最大；导轨静压浮起量取h0=0.15mm。根据公式求得静压导轨外环所需液压油流量为

式中，i为静压腔数量，经计算，Q=255.882L/min，外环两圈导轨静压腔面积相近，即将流量平均分配，每圈液压油流量近似为130L/min。

同理，确定内环静压腔形式及参数，并确定其所需液压油压力及流量。

3. 液压系统设计

根据以上计算数据，确定液压系统选用齿轮泵P7600-F100H，齿轮泵排量100mL/r，压强可达25MPa。

图2 静压导轨液压原理

SC-50/85 CNC数控立式车床工作台静压导轨液压改造的主要液压元件参数规格已经确定，根据液压系统需要实现的功能设计的液压原理如图2所示。可以看出，除导轨各静压腔可实现定量供油外，还根据系统温升增加了油冷机单元，确保系统在恒温条件下运行。

4. 结语

SC-50/85 CNC数控立式车床工作台静压导轨承载质量能力的改造获得了预期的效果，其设计采用原有结构，而没有采用彻底更换工作台及底座的方式，避免了机床基础重新制作，节省了500余万元改造费用。其设计采用了外环两圈导轨恒流静压形式，在使用过程中加工精度高，安全可靠，为立式车床承载质量改造积累了宝贵的经验。