a.當工作台由於結構限製,尺寸和重量不能隨便增加時,允許調整供油壓力ps和節流阻力,以便使h值不變。若要保持油腔中壓力p和導軌間隙h不變,則供油壓力ps愈大愈好,此時可得到最大的剛度值。當節流比β=4時較合理,這時供油壓力ps再大,對剛度影響也不大。
b.節流閥是固定不可調的,允許調整供油壓力ps和改變導軌間隙h時(即改變ps和h),在節流阻力和p不變的條件下,要求得到最大的油膜剛度J時,β的最佳值為3。
調節時應控製工作台各點浮起量相等,且控製為最佳原始浮起量h0;應使供油壓力ps與各腔壓力p之比β接近於最佳值。不得出現有的油腔壓力為零或為供油壓力ps的情況。
③調整部位及參數
a.調整節流閥參數,對固定節流閥則直接調整節流口長度。對可變節流閥則要反複調整膜片厚度及原始開口量h(或調整銅片厚度)。
b.控製油膜厚度,油膜厚度與油膜剛度成反比,在導軌浮起後剛度不夠,甚至產生漂浮,這時應減小供油壓力或改變油腔壓力。開式靜壓導軌可控製油膜厚度,導軌的油膜應盡量薄一些。但是,受加工精度、表麵粗糙度、零部件剛度和節流閥最小節流尺寸的限製,油膜厚度不能太小,至少應大於導軌麵的形狀誤差,否則就不能實現純液體摩擦。對於中小型機床空載時,油膜厚度一般為0.01~0.025mm;對於大型機床取0.03~0.06mm。
④控製供油壓力ps,提高供油壓力可提高導軌剛度,對於閉式靜壓導軌更是如此。
3)供油係統安裝要點
①過濾:一般應保證對油液進行二次過濾,過濾精度為:中、小型機床為3~10μm,重型機床為10~20μm。油液中若夾雜棉球、灰塵等微粒,會使導軌調整困難,運動中產生油膜自行減薄,甚至會產生時浮時落的波動現象。
②安裝:節流閥的安裝應考慮調整和檢修時的方便,特別注意應能使係統中的空氣排出。
2.塑料導軌
近十年來對塑料導軌的研究已經取得了很大的進展,可供應用的塑料品種也不斷增加。通常是在動導軌、鑲條及壓板上粘貼塑料導軌軟帶或在導軌上注塑滑動塗層。
(1)貼塑導軌的應用和維修
1)表麵處理:一般塑料軟帶表麵具有粘性,故必須對其表麵進行處理,並采用專用粘接劑。國內對塑料軟帶一般采用單麵納一萘表麵處理。
2)粘接劑:粘接劑是一種以雙組酚A型環氧樹脂為主劑、異氰酸脂為固化劑,並有液體橡膠為增韌劑的雙組酚室溫固化的粘接劑。
3)粘接工藝:通常塑料軟帶是粘接在機床的動導軌即工作台或溜板上,使其與支承導軌即床身導軌(鑄鐵或鋼)的表麵配合運動,如圖4-2-13所示。
粘接時,先用清洗劑(如丙酮,三氯乙稀和全氯乙稀)徹底清洗粘貼導軌麵,切不可使用汽油或酒精,因為它們會在被清洗表麵殘留一層薄膜,影響粘接效果。清洗後用白色擦布反複擦拭,直至擦不出任何汙跡為止。另外塑料軟帶的粘貼麵(黑褐色表麵)也應該用清洗劑擦拭幹淨,然後用配套的粘接劑分別均勻塗敷在軟帶和導軌粘接麵上。為了保證粘接可靠,被貼導軌麵應沿縱向塗洙,而塑料軟帶的粘貼麵則沿橫向塗沫。粘貼時,從一端向另一端緩慢擠壓,以利趕走氣泡。粘貼後在導軌麵上施加一定壓力加以固化。為保證粘接劑充分擴散和硬化,一般在室溫下固化時間在24h以上。通常情況下粘接劑用量約500g/m2,粘接層厚度約0.1mm,接觸壓力為0.05~0.1MPa。
4)製作油槽:在塑料軟帶上,開油槽,油槽的形狀因要求而異,如圖4-2-15所示。V形油槽應為倒角狀,底部內角為圓角,以避免產生局部應力集中。進油孔應位於油槽中央,其直徑尺寸應略大於油槽的寬度。
5)精加工:貼塑導軌需要進行精加工。通常采用手工刮研方法。刮研的目的主要是改善接觸情況,工作台或溜板導軌麵與相配的床身導軌麵配刮要求8~10點/25mm×25mm;導軌中間部分接觸較輕一些。刮研還能改善潤滑性能,由於貼塑導軌經過刮研後,其表麵所形成的低凹部分容易儲存潤滑油,移動部件在運動中形成一層油膜,可有效地改善導軌潤滑性能。
6)貼塑導軌的維修:支承導軌的材料,一般采用鑄鐵或鑲鋼。為了提高導軌的耐磨性,導軌應經淬火處理。由於塑料軟帶的硬度低於金屬,故磨損往往發生在軟帶上,維修時隻需要更換軟帶。塑料軟帶有各種厚度,可根據需要方便地選取。
(2)注塑導軌的應用及維修注塑導軌的塗層材料是由環氧樹脂為基材,加入某些填料的糊狀混合物和環氧樹脂呈液態狀固化劑組成。這種材料固化後摩擦因數低,耐磨性能高;收縮率小,成型性好;與金屬附著力強,有足夠的硬度和強度;施工工藝簡單,維修方便等優點,已在國內外的各類機床,特別是在數控機床上得到了廣泛的應用。
1)預加工:塗層材料應注射在機床導軌副的短導軌麵上,而對其相配的導軌麵(支承導軌麵)則需要用周邊導軌磨削工藝方法加工,其表麵粗糙度值為尺Ra0.8μm。為了保證塗層材料能和不同金屬材料(如鑄鐵、鋼或銅等)的導軌牢固地結合在一起,需要對其進行預加工,導軌的加工形式如圖4-2-16所示。
①用梳刀刨削,適用於基體材料是灰鑄鐵、球墨鑄鐵、鋼的導軌。
②用60°尖刀刨削,適用於基體材料為灰鑄鐵的導軌。
③用端麵銑削,用盤銑刀進行端麵銑削,對基體材料為鋼或銅的導軌亦適用,但銑削後需進行噴砂處理。刀具一般采用60°三角不重磨刀片,背吃刀量ap=0.3~0.4mm,進給量f=3~35mm/r。
2)注塑工藝過程:掌握注射塑導軌工藝技術,對保證注塑導軌的質量非常重要。可按下列工序進行:
①用脫模劑塗敷支承導軌麵。首先用丙酮清洗支承導軌麵,去除油汙和髒物。然後用毛刷將脫模劑均勻地塗敷在上麵,吹幹約10min,幹燥後的脫模劑呈乳白色。用一塊軟質擦布在幹燥的脫模劑表麵輕輕擦拭,直至其表麵不再有強光閃礫為止。
②清洗被塗層導軌表麵。為了使塗層材料能夠牢固地附著在導軌表麵上,清洗工序十分重要,最好采用丙酮清洗,切不可用汽油或酒精。清洗後的導軌麵不能再用手觸摸,以防弄髒表麵。
③粘貼密封條。為了防止塗層材料在注塑過程中會從導軌兩側間隙中流失,並保證注塑導軌具有一定厚度,導軌的兩側需要加工成支承邊形式,如圖4-2-17a所示;或者采用橡膠密封條,用502膠粘貼,如圖4-2-17b所示。這兩種方式可根據具體結構需要而定。采用支承邊密封方式的優點是注塑時調整精度方便;缺點是塗層導軌麵超出支承邊的高度受到一定限製,一般隻有0.05~0.10mm,因為高度尺寸過大,塗層材料就會從導軌邊緣流失。采用橡膠密封條密封方式的最大優點是,可保證較厚的塗層厚度,在同樣條件下其磨損期限較長;缺點是注塑時調整比較困難。
④翻轉被注塑導軌並安放在支承導軌上。橡膠密封條粘貼好之後,將工作台或溜板翻轉並安放在支承導軌的已塗敷脫模劑的部位上。在安放過程中,起吊要平穩、輕放,不得偏斜,其最大偏斜量不得超過0.5mm,否則就可能損壞密封條。
⑤調整注塑夾具。為了保證被注塑導軌的位置精度,必須對其進行認真的精度調整。對於中小型機床的注塑是通過安裝在溜板或工作台兩端的專用夾具進行調整,如圖4-2-18所示。夾具用螺釘和工作台或溜板聯接在一起。壓板經修磨後與工作台或溜板用螺釘緊固,其壓板和床身導軌之間的間隙控製在0.05~0.10mm。調整時,首先將置於注塑夾具上的垂直和水平位置的百分表調整至“0”位,然後通過夾具上的調整螺釘調整被注塑導軌的抬起量(塗層導軌厚度),一般為0.06mm,兩隻百分表的偏擺數值應一致,最終將鎖緊螺母緊固。應特別注意的是,在緊固鎖緊螺母時,切不可用力過大。尤其對那些較長的導軌,用力過大易造成彎曲變形,以致在注塑結束後,鬆開調整螺釘時,導軌又恢複到原來形態,造成塗層厚度不均的現象。
⑥攪拌注塑材料。注塑材料在注塑前需要認真攪拌。通常情況下,固化劑是按照注塑材料的不同包裝重量按比例匹配,攪拌時隻需將固化劑直接混合,用一根塑料棒在包裝盒中攪拌即可。
此外,一種比較好的方法是用一個夾緊在台式鑽床中的攪拌器以200~300r/7min的轉速攪拌2min,如圖4-2-19所示;攪拌時間過長,會使塗層材料溫度升高而影響其性能。另外,攪拌時應特別注意,容器底部的注塑材料一定要和固化劑攪拌均勻;否則,注塑後部分材料不能完全固化,會出現注塑導軌部分接觸麵達不到最佳力學性能。⑦注塑。注入塗層材料是通過專用壓注器進行的。如圖4-2-20所示,將右蓋旋下,絲杠、手把和活塞也同時取下,將已攪拌好的材料倒入貯料筒中(見圖4-2-21),材料中殘存的氣體在倒入過程中會自動排出。當材料灌滿後,壓上活塞,旋進後蓋,開始注塑。首先將壓注器接頭旋入注塑螺孔中,然後轉動手把,塗層材料就會緩緩地流向導軌間。此時應注意觀察注塑夾具上的百分表,每隻百分表的偏擺量不得大於0.01mm。如果偏擺量數值過大,就應該立即調整注塑壓力即減緩壓注器手把的手旋速度。當塗層材料整齊地從被注塑導軌縫隙整個寬度方向溢出時,則表明導軌間已注滿塗層材料。此時,立即將早已準備好的合適金屬板堵住導軌麵間縫隙,整個過程就此結束。
為了保證注塑導軌質量,應按導軌的長度選擇塗層厚度(不包括齒槽),4-2-1。
⑧固化。塗層導軌的固化時間在室溫條件下一般不少於16h。在這段時間內,對塗層導軌不允許有任何受壓和振動。因此,一般應安排在下午注塑,經過一夜時間的固化,次日便可拆除塗層導軌。
⑨清理注塑器具。在注塑過程中不可避免地會使注塑夾具和壓注器等工具粘結上塗層材料。因此,在注塑工作結束後,所有器具應立即用丙酮清洗幹淨。
⑩分離被塗層導軌。首先,鬆開所有的緊固螺釘,拆下注塑夾具,然後用一小型千斤頂或用一根撬棒,在被注塑導軌的適當位置上微微撬動,直至聽到分離的聲音,即可用吊車吊起。
⑾清除橡膠密封條。清理塗層導軌、將其所有橡膠密封條徹底清除幹淨,對注塑導軌的四周和邊角處多餘的注塑材料用刮刀清除,最後用丙酮將塗層導軌清洗幹淨。
⑿修補塗層導軌麵,製作潤滑油槽。經塗層後的導軌麵上,有時會出現一些小的氣孔,這就需要進行修補。首先用小刮刀或手電鑽將出現氣孔的部位清除幹淨,然後用丙酮擦洗,略等片刻,再補上適量的含有固化劑的塗層材料,待固化後再用刮刀刮削即可。
製作潤滑油槽的方法有兩種。一是通過高速手磨工具磨製,如圖4-2-22所示。另一種方法是模製潤滑油槽。首先用硬紙板根據設計需要裁剪成不同形式的潤滑油槽模板,一般厚度為2~3mm,如圖4-2-23所示。在注塑時,將成型模板用502膠水粘貼在已塗敷過脫模劑的支承導軌上,將被塗層導軌翻轉時按照已畫好的位置安放在支承導軌上進行注塑。當塗層材料完全固化後,分離開導軌,將紙質油槽模板徹底清除幹淨,即會在塗層導軌上模製成非常整齊美觀的潤滑油槽。
⒀手工刮研。手工刮研塗層導軌的目的主要是為了改善接觸性能和潤滑性能。經過手工刮研,導軌麵的刀痕所形成的凹下部分可以存油,在運動中形成油膜以改善潤滑性能。
(3)塗層導軌副的維修塗層導軌副具有摩擦因數小、耐磨性好的特點;在正常使用情況下,其磨損量極小。支承導軌常常采用鑄鐵經高頻淬火,硬度值為53HRC以上;也可以采用鑲裝淬硬鋼導軌,硬度值為58HRC以上。無論采用何種材料的導軌,其周邊均需要磨削,磨削後表麵粗糙度值為Ra0.4μm。在導軌副中,由於硬度的提高,表麵粗糙度值很小,使得導軌副中塗層導軌的磨損量很小,其精度壽命可保持在三班運行10年以上。
在設備大修中,會發現導軌副中塗層導軌有嚴重磨損現象。判斷其磨損程度,若支承導軌麵已有嚴重磨痕,塗層導軌兩側支承邊已與塑料導軌麵呈一平麵,就必需重新修磨支承導軌和重新注塑塗層。其修理方法是:
①修磨支承導軌。按照出廠裝配要求,對支承導軌的周邊磨削,對於普通機床導軌,直線度允差為0.01mm/1000mm,對於高精度數控機床導軌直線度允差為0.005mm/1000mm,表麵粗糙度值為Ra0.4μm。
②塗層導軌的重新注塑。首先用鏨子清除已磨損的塗層導軌,然後根據導軌基體原齒槽麵的損壞情況,必要時需重新加工齒槽和支承邊。齒槽麵加工時應盡量粗糙些(Ra6.3~Ra12.5μm),以增加對塗層材料的附著力。還有一種方法是對已清除了塑料的導軌基體進行噴砂處理,砂粒直徑為0.25~0.5mm,同樣可達到較好的效果。在上述工作完成後,按照注塑工序重新注塑。
二、滾珠絲杠副的裝配調整
1.滾珠絲杠副的傳動特點及應用
(1)結構原理滾珠絲杠副是回轉運動與直線運動相互轉換的新型傳動裝置,如圖4-2-24所示。在絲杠1和螺母2上加工有圓弧形螺旋槽,當它們裝在一起時就形成了螺旋線滾道,並在滾道內裝滿滾珠。當絲杠相對於螺母旋轉時,兩者發生軸向位移,而滾珠則沿著滾道流動,螺母的螺旋槽兩端有回珠管4連接,使滾珠能周而複始地循環運動。管道兩端有擋珠作用,以防止滾珠沿著滾道流出,從而形成閉合回路。
(2)傳動特點
1)傳動效率高,摩擦損失小。滾珠絲杠副傳動效率η=0.92~0.96,比常規絲杠螺母副提高了3~4倍(滑動絲杠效率為η=0.2~0.4)。因此消耗功率僅相當於常規絲杠螺母副的1/4~1/3。
2)傳動轉矩小,傳動平穩,無爬行現象,傳動精度高,同步性好。
3)有可逆性,可以將旋轉運動轉換成直線運動;也可以將直線運動轉換成旋轉運動,即絲杠和螺母均可以作為主動件。
4)施加適當預緊力,可消除絲杠和螺母的間隙,從而提高剛性,消除反向時的空程死區,提高定位精度和重複定位精度。
5)磨損小,使用壽命長,精度保持性好。
6)製造工藝複雜,滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度高,對表麵粗糙度的要求低,製造成本高。
7)不能自鎖,特別是在用於升降的場合,由於重力作用,下降時當傳動切斷後,不能停止運動,故常需在傳動係統中增加製動裝置。如圖4-25所示,當加工完成或中途需要停車時,步進電動機和電磁鐵同時斷電,借助彈簧的作用合上摩擦離合器,使滾珠絲杠不能轉動,主軸箱便不會下降。
(3)滾珠絲杠副的應用滾珠絲杠副具有傳動效率高,運動平穩,壽命長以及可預緊以消除間隙並提高係統剛性等優點,在各類機床,特別是各類數控機床的直線運動以及進給係統中均已普遍采用。其應用範圍4-2-2。