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应用技 摘要 应用气 关键词 气浮 中图分类号 Th e Ap p l i c a t i o n o f Ai r Fl o t a t i o n Un l o a d i n g Ta i l i n He a v y - Du t y M a c h i ne To o l L I ANG J i e y u，YI Me n g q i n g ，C HE N P e n g G u a n g z h o u Ma c h i n e T o o l C o ． ， L t d ， G u a n g z h o u 5 1 1 4 3 0 ， C h i n a Abs t r a c t T hi s pa p e r ma i n l y i n t r o du c e s t he t h e o r y o f g a s u n l o a d i n g，a n d g i v e s a n e f f e c t i v e s o l u t i o n t o t h e p r o b l e ms o f l a r g e， h e a v y -d u t y fia t b e d l a t h e t a i l s u c h a s l a r g e v o l u me a n d d i ffic u l t t o mo v e，a n d t h e n ma k e s a d e t a i l e d a n a l y s i s a n d d i s c us s io n ． K e y wo r d sa i r flo t a t i o n； g a s f r i c t i o n；u n l o a d i ng ；e f f o r t ； c o n v e n i e n t ； c o s t s a v i n g s ． 1引言 对于大直径长棒料类零件 的加工 ．通 常需应 用到大型、重载 、带 尾座 的数控车床 ，在夹 紧的 同时 ，需移动尾座顶紧工件才能加工 ，若用人手 推动重型尾座很吃力 ，而通过加装齿轮齿条长距 离来 回移动效率又很低 。为解决重载车床尾座移 动困难的问题 ．开发 了利用气浮卸荷原理的尾座 ， 通过导轨 面的气隙将尾座浮起 。就可以很轻松地 将尾座推动。 2尾座 移动的方式 大型平床身车床尾座移动的方式有通过传动 机构移动的型式及通过卸荷原理移动的型式。 其 中传动机构形式包括通过驱动 电机与丝杠 直联带动尾座作轴 向移动的传动结构和通过手柄 带 动齿轮与齿条 啮合传动来带动尾座移动的结构 等等。 卸荷原理移动的型式包括利用机械结构卸荷 及利用气浮原理卸荷等等 ，其原理是在需移 动尾 座时 ，利用机械结构或通人压力气体将尾座抬起 ， 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 8 2 2 使尾座浮起 0 ． 0 1 0 ． 0 3 m m，从而减小 导轨面间的 摩擦阻力 ，使尾座移动顺 畅。 经分析 ，传动形式结构较复杂 ，且要 占用一 定的位置空间，成本较大；而卸荷形式结构简单 ， 不需 要 占用位置空间，成本低 。因此 ，大型平床 身车床尾座移动还是采用卸荷形式较好。 3尾座 卸荷结构分析 3 ． 1机械卸荷结构 1 方案 1 如图 1 所示 ，在尾座底座 的四只角上分别装 上机械卸荷结构 ，其结构主要由调整螺钉 、钢球 、 斜楔 、滑座 、向心球轴承组成 。其工作原理是通 过调整侧面的紧定螺钉 ，推动里面的钢球 。当钢 球 向里移动的同时通过斜楔使滑块 向下移动 ．同 时使下面的轴承 向下移动 ，调到分别使 四只角的 轴承将底座撑起 ，使底座离开导轨面 0 ． 0 3 m m左右 注意 ，底座 四只角分别用塞尺调至等高 ，调好 后 ，修紧尾座锁紧螺栓 。该结构 的 目的是将尾座 移动 由原来的滑动摩擦变为滚动摩擦 ，减轻移动 l 技 术 阻力 ，使尾座移动畅顺。但此结构在应用过程 中， 可能存在一些不足 由于尾座体与床身导轨之间． 接触面减小 ，减弱 了尾座与导轨面间的接触刚性 ， 可能会 因此引起振动。 W 厂 图 1 方案 1 2 方案 2 如图 2所示 ，同样在尾座底座 的四只角上分 别装上机械卸荷结构 ，结构 主要 由压缩弹簧 、滑 座 、向心球轴承组成 。其工作原理是利用压缩 弹 簧 的弹簧力将轴承顶 出底座面 ，在修紧尾座锁 紧 螺 栓 的 同 时 。用 塞 尺 调 整 接 触 面 的 间 隙 在 0 ． 0 3 ra m左右 ，调整时 同样需要调至 四只角等高。 该方案 目的与方案 1 相同 ，调整方法 比方案 l 方 便 ，结构也 比方案 1简便 ，但存在与方案 1 相 同 的缺陷。 滑座 图 2 方案 2 3 ． 2气浮卸荷结构 为解决机械卸荷存在 的不足 ，如接触刚性差 、 容易引起振动等问题 。经研究 、分析 ，开发了利 用气浮原理卸荷的结构 ，成本很低 只要使用单 位有气源就可以 ，应用起来很方便。 3 ． 2 ． 1 气体卸荷工作原理 气体卸荷是在两个相对运动 的导轨面问通入 压力气体 ，使运动件浮起 ，移动过程 中，压力气 体与运动件重力平衡 ，保证导轨面间始终处 于纯 气体摩擦状态 ，从而大大减小 了两导轨面作相对 运动 的摩擦阻力 ，减小 了拖动尾座运动时的动力 消耗。 3 ． 2 ． 2气腔的结构形式 尾座导轨面一般较窄 ，多选用沟槽式 如图 3所示 ；气腔数 目主要取决于导轨长度 、尾座重 量分布情况及床身导轨支承部件的刚度 [ ” 。 气槽 图 3 气槽布局 图 选择原则如下 1 为 了使气隙均匀分布 ，每条导轨面在其 长度方向的气腔数 目不得少于 2个。 2 当尾座重量分布均匀 、机床导轨刚性较 高时 ，气腔长度可取长些 ，机床气腔数 目可取小 些 ；反之 ，当尾座重量分布不均匀 ，机床导轨刚 性较低 时 。气腔长度可取短些 ，数 目可取多些 ， 以提高导轨受偏的能力。 3 ． 2 - 3 气隙厚度的大小 气压力在气槽 中产生 的向上作用 的力与主体 的重力相抵消 ，气隙越小 ，气体刚度越大 。由于 受到加工精度、表面粗糙度 、机床各零件 刚度限 制 ，气 隙厚度不能取得太小 ，至少应大 于导轨面 的几何总误差 ，包括平面度 、扭 曲度、平行度等 ， 否则不能实现纯气体摩擦 。对于重型尾 座 ，气隙 厚度一般建议为 0 ． 0 3 ～ 0 ． 0 8 m m。 3 ． 2 ． 4气体卸荷原理在重载尾座的应用 在尾座底座 与接触导轨 面上设计相应气槽配 合按照平衡负载分布点相互贯通 的出气 孔 ，在两 个相对运动的导轨面间通人压力气体 正常的工 一 、、 、 0 j 一 一 ／ 一 I 、 堕 作 压力 O ． 4 MP a ～ 0 ． 6 MP a 后 ，通过气 腔产生与机 床导轨面间的气 隙把体积质量较大的机床尾座浮 起 。以气体来平衡尾座体的重量 ，保证导轨面间 处 于气体摩擦状态 ，从而大大减少 了两导轨面作 相对运动时的摩擦阻力 E 2 1 ，减少了拖动尾座时的 动力消耗 ，可直接将重量 2 5 0 k g以上 的大型车床 尾座在气压 作用下托起 0 ． 0 3 mm左 右 ，使原有 的 滑动摩擦 阻力因气压力 与重 力抵 消相互而减 小 ， 同时吹气还可把停 留在导轨面的切屑吹走 ，保护 了导轨面不易被刮花 ，一举 两得 。这种结构 ，只 要用户处有气源 ，就可方便 、轻松应用 。只要在 需要移动尾座时 。松开尾座锁紧螺栓 ，打开气 源 开关 。将尾座 移到适合 的位置 ，关掉气源开关 ， 再锁紧尾座锁紧螺栓即可 。对于在超长距离情况 下频繁移动重量较大 的尾座总成 ，达到非常轻松 省力地将尾座推动的效果 。 3 _ 2 ． 5使用气浮卸荷的优点 导轨面间 由于处 于完全纯气体摩擦状态 ，摩 擦系数很低 约 0 ． 0 0 1 ，推动力可大幅减少 ，使 导轨不易产生磨损 ，因此可 以长期保持导轨 的导 向精度 。提高导轨的使用寿命。 3 ． 2 ． 6受力计算分析 令导轨宽度为 B，垫板长度为 ￡，则气腔浮升 的压 力 P o 0 ． 4MP a。 瑶 I 南 l 气压产生的气膜对尾座总成向上的力 fP t o 3 0 0 0 N。 由 计 算 可 得 ，气 膜 对 尾 座 向上 的力 可 将 2 5 0 0 N重的尾座浮起 。 4结论 气浮卸荷结构解决 了机械卸荷结构存在的接 触刚性不 良的弊端 ，且应用非常方便 ，效果很好 ； 该结构 已应用在公司产品 G C N C 6 1 6 3系列大型加 长平 床身数 控车床上 ，在客户处使用反映很好 。 此结构很好地解决了在超长距离情况下频繁移动 重量较大的尾座总成移动 困难的难题 。值得推广 到所有大型 、重载车床上。 参考文献 [ 1 ]吴章琼． 定量式静压导轨在机床上的应用 lJ ]． 制造技 术 与机 床 ，1 9 8 2 2 2 9 3 2 ． [ 2 ]东北重型机械 学院 ，洛 阳工 学院，第一汽车制造厂职 工大学． 机床夹具设计手册 [ M ]． 上 海上 海科 学技 术 出版 社 ．1 9 8 0 ． 第一作者简介 梁 洁瑜 ，女 ，1 9 6 5年生 ，广东广州人 ，大 学专科 ，工程师。研究领域 机械设计与制造工艺 。 编辑 王智圣 激 光 焊 接 和 立 体 拼 接 技 术 造 出“ 不 锈 钢 列 车 ” 用不锈钢制造列车车体，耐高温、强度大，但对焊接等工艺要求极 高，很 多企业望而却步。 2 0 1 1 年 9月 9日，中国南车株洲 电力机车有限公司采 用激光焊接、立体连接等前沿技术 ，制造 出了高强度的 “ 不锈钢 列车” 。 车体是列车的 “ 骨架” ，车体强度 、刚度与列车安全可靠性 密切相关。据 “ 南车株机”技术 专家介绍。 “ 南车株机 ”科研人 员和一线技术工人合力攻关，采用先进的电阻点焊立体接头和激 光焊接技术 ，生产出了高强度不锈钢地铁 列车。 项 目人 员采用先进的激光焊接技术 。用 3 0 0 0 0多个精 密焊点，将 5 0 0 0多块不锈钢板材一次 成型地制成一节地铁列车车厢。与传统 “ 平面拼接 ”不 同，独创的新型立体接 头技术使列车 “ 骨 骼 ” 严 丝 密缝 。能更加 均 匀地 分布 承载 力 ，增加 车体 强度 和 刚度 。 权威技术测试表明， “ 南车株机”制造的不锈钢地铁列车车厢样车不仅外形 美观，能承受的 压缩力、拉伸力等强度指标也居于行业先进水平。模拟测试还显示 ，样车车体在 3 0年寿命周期 内不会 出现氧化生锈 ．且能适应潮湿、高盐等特殊 自然环境。
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