内圆磨床使用液体动静压轴承主轴外挂液压站的小型化设计.pdf

2 0 1 3年 1 O月 第4 1 卷 第 2 0期 机床与液压 MACHI NE T 00L HYDRAUL I CS 0c t ． 2 01 3 Vo 1 ． 41 No ． 2 0 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 2 0 ． 0 5 4 内圆磨床使用液体动静压轴承主轴外挂液压站的小型化设计 夏子敏 广西机电职业技 术学院，广西南宁 5 3 0 0 0 7 摘要M 2 1 1 0普通内圆磨床采用液体动静压滑动轴承主轴代替原配置的滚动轴承主轴 ，主轴径向跳动及轴向窜动精度 可提高3个挡次。但液体动静压滑动轴承主轴需要外带液压站，有占地面积大、外带循环油管等不足。通过测量循环时油 温设计及确定降温元件、确定油箱最小体积及选取各液压元件、确定液压站附挂内圆磨床位置，实现了外带液压站设计的 小型化，可达到主轴改进后内圆磨床一体化的设计效果。 关键词内圆磨床；外挂循环液压站；小型化设计 中图分类号T H 1 3 7 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 2 01 6 1 2 M2 1 1 0普通 内圆磨床主轴配置 的是滚动轴承机械 磨具 ，其工作精度检验标准为椭 圆度公差 0 ． 0 0 8 m m、圆锥度公差 0 ． 0 0 8 m m。这对 于内孔加工精 度要 求更高的工件 如椭圆度及圆锥度要求小于 0 ． 0 0 5 m m ，内圆磨床此时显得加工精度不够。要达到上 述加工精度 ，只能采用液体动静压滑动轴承主轴 ，但 液体动静压滑动轴承主轴需要外带液压站 ，外带液 压站放置在磨床旁，占地投影面积为 0 ． 8 0 ． 6 0 ． 4 8 m ，加上进出油管 、电源线等，普通内圆磨床 周边环境显得拥挤凌乱。解决这一 问题只能是外带 的液压站设计为小型化 ，最好是能附挂在普通 内圆 磨床 上 。 1 新液压站系统小型化设计 主要是油箱附挂在内圆磨床上位置的选择、油箱 小型化设计 。 1 ． 1 小型液压站附挂在 内圆磨床上位置的选择 内圆磨床四周只有人工操作位置的右下方适合附 挂小型液压站见 图 1 。 择新油箱 体 积不 应 大 于 0 ． 0 1 8 m ，比原 油箱 0 ． 8 0 ． 6 0 ． 5 0 ． 2 4 m 相比下可减少 9 2 ． 5 ％的体积，加 上电机及各种 阀门 ，适合悬挂在选定的位置。 在 油箱外 型设计 方 面 ，因油 箱需 要 安装 冷却 元 件，外形应该设计为平 面，最后定 为 0 ． 20 ． 6 0 ． 1 5 0 ． 0 1 8 m 。与某企业小型液压站的产品整体外 形相差不大，只不过将圆形油箱改为长方形而已。 2 小型液压站油箱油温的确定 2 ． 1 原 液压站 油 温 的测量 原液压站油箱较大，为自然冷却方式 ，通过对循 环液压站油温的测量 ，内圆磨床开机3 m i n 后 ，油箱 的油管回油处温度基本稳定在 4 3℃ 环境室温为 2 6℃ ，1 ～ 5 h 定 时测量结果 ，整个 油箱温度平 均在 4 0℃ 进油管温度也在 4 0 o C 。 2 ． 2 小型液压站冷却油温的设计 目标 小型液压站油温不能超过原有 的液压站油温 ，即 进入供油管的供油温度保持在 4 0℃即可使液体动静 压滑动轴承主轴工作稳定 ，故小型新液压站冷却油温 的设计 目标为4 0℃即可 保持的油温选择越低 ，冷 却元件功率越大 。 3 冷却方式及元件的设计选取 小型油箱按 现有安放位置设计其 容量只能有 1 8 L 。在液压 站油 循环 流量 1 6 L ／ m i n下 ，进 出管路 共 2 m长 ，进 口管径 1 0 m m，出 口管径 3 0 m m，环境 温度 在 2 6℃的条件 ，要使 回油 口温度从 4 3℃ 降低为 不大于4 0℃ ，必须设计冷却系统才能即时完成冷却。 经考虑，冷却方式采用半导体冷却较为合适。 图1 磨床附挂小型液压站图 1 降低热量的功率计算。使用循环机油为 2 0 1 ． 2 外挂式液压站小型化设计 号 ，比热容为 1 8 8 5 J ／ k g ℃ 。冷却油容量 为 按新设计小型液压站的体积受位置的影响，故选 1 8 L ，取原油 箱循 环机油温度差值 A t 4 34 0 收稿 日期 2 0 1 20 91 4 作者简介夏子敏 1 9 5 7 一 ，男，教授，从事机械工程研究及实训工作管理。Em a i l x z m 1 9 5 7 3 9 1 2 6 ． c o m。 1 6 2 机床与液压 第 4 1 卷 3℃计算 ，需散发热量 Qc m A t 1 8 8 51 8 X 3 1 01 7 9 0 J。 2 半 导 体 冷 却 元 件位置 。只能选择在油箱 0 ． 20 ． 60 ． 1 2 i n 的 面 上实施冷却 在 图 2 风扇 面 。可 采 用 2块 排 列 见 图 2 或 4块 排 列 在 图 2风 扇 区 对 称 排 列 方式 。无论采用什么 排列方式 ，半导体冷 却元 件 总 功 率 应 不 小 于 1 01 7 9 0 J 图 2 小 型液压站设计 图 3 配件 选 择。包 括散 热 风 扇 、1 2 V变压 器 、 油温温度 自动控 制 包 括热 感应 器 、P L C等 电器设 计制作 。电机 、阀等 的选择 按相应小型液压 站 的配 置 。 4小型液压站运行调试考虑 小型液压站提供机油至轴承主轴型腔 ，主要作用 是建立静压悬浮主轴 ，油温若 超过 5 0℃ 以上 ，长期 使用可能对密封系统有所影响，控制油温是 目的。 选择半导体冷却方式 的调试要点 关键是油温 目 标 的控制 ，实际上就是半导体冷却元件功率大小 的选 择。考虑计算的降低热量值 9，在动态流动的冷却油 中应该大于理论值 ，故在实际运行调试中要对理论计 算值进行修正。修正后可考虑应用值 p的系数为 1 ． 5 ，用 油温 自动控制执行关停冷却半导体 。 5 选择管壳式机油冷却器方式设想 作者设想 在外挂半导体冷却小型液 压站 的位置 改放壳式机油冷却器，但在此只取壳式机油冷却器方 式，利用内圆磨床的工件冷却液作为壳式机油冷却器 的冷却液参与循环 ；液体动静压滑动轴承主轴液直接 自我循环 只需一个液压泵 。采用该 方式可省 去半 导体冷却方式的大部分装置 ，但工件冷却液 其温 度 经冷却 工件后 略高 于室温 经 壳式 机油冷 却器 热 交换后温度升高对工件冷却的影 响 、主轴液也经热交 换后温度 能降低多少等有待于研究 。在此只作为另一 个冷却设计设想提出而已。 6结论 用外挂式小型液压站取代站地式液压站，可节省 站地面积，车间机床搬放整齐，有利于内圆磨床一体 化 。设计方案可行 ，主要数据 如冷却油 温变化 范 围、 所需冷却功率 、外挂油箱尺寸等 已有 ，关键是对半导 体冷却小型液压站进行调试。作者在此从设计角度讨 论小型液压站的可行性 。 参考文献 【 1 】钟洪， 张冠坤． 液体静压动静压轴承设计使用手册[ M ] ． 北京 科学 出版社 ， 2 0 0 7 ． 【 2 】夏子敏， 罗冠琦， 李家琼， 等． 使用液体动静压轴承主轴 提高普通内圆磨床加工精度 [ J ] ． 装 备制造技术， 2 0 1 1 6 1 2 81 3 0 ． 上接第 8 9页 4机床液压控制的自锁要求 1 只有在顶起 油 缸将机 体抬 起 1 3 D T吸合 状态下 ，主轴孔镗杆引进 电机才能运转 ，将镗杆引进 或退 出。 2 只有在顶起油缸将机体抬起 1 3 D T吸合 ， 并且 6个辅 助支承前进到终点 1 4 D T吸合 ，6 个 无 触点开关全部发信号，指示灯亮时，两个凸轮轴孔镗 杆引进 电机才能运转 ，将镗杆引进或退出。不满足 以 上条件时 ， 3根镗杆引进电机都不得启动 ，以免 发生 事故 。 3 三位 四通 电磁滑阀 电磁铁互锁见表 4 。 表 4三位 四通 电磁滑 阀电磁铁 互锁顺序 以上液控系统采用可编程控制器控制 ，确保液压 系统安全 、可靠 、平稳地运行 。 5结束 语 1 2 V 2 4 0 ／ 2 7 5型系列柴 油机 机体三 孔精 镗床 的研 制成功，标志着该公司在专机设计制造领域又迈上了 一 个新 的台阶。该机床 由于采用液压控制进行三孔的 镗削 ，具有结构紧凑 、切削平稳 、工作 可靠 、精度稳 定等优 点。 自该机床正式投产 以来 ，已加工 1 2 V 2 4 0 ／ 2 7 5型系列柴油机机体 9 0 0多 台，机体 三孔 的加工质 量和生产效率得到较大幅度提高，且加工精度完全满 足设计要求 ，为该 公 司大批量 生产组 装东 风 7 C 型 内 燃机车提供了可靠保证 ，并产生了巨大 的经济效益。 参考文献 【 1 】 北京二七机车厂． 东风7 C 型内燃机车[ M] ． 2 0 0 0 ． 【 2 】 李人宪． 车用柴油机[ M] ． 北京 中国铁道出版社， 1 9 9 9 ． 【 3 】 成大先． 机械设计手册 单行本 液压传动[ M ] ． 北京 化 学工业 出版社 ， 2 0 0 4 ． 【 4 】官忠范． 液压传动系统[ M] ． 北京 机械工业出版社， l 98 9． 【 5 】许福玲， 陈晓明． 液压与气压传动[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 1 9 9 6 ． 【 6 】大连组合机床研究所． 组合机床设计[ M] ． 北京 机械工 业 出版社 ， 1 9 7 5 ．