机床油气滑润的设计.pdf

精密制造与 自动化 2 0 1 2年第 3期 ； 设 计 与 开 发； 机床油气滑润 的设计 余向东 张红 1 ． 四川长征机床集团有限公司 四川 自贡 6 4 3 0 2 0 ； 2 ． 华西能源工业股份有 限公司 四川 自贡 6 4 3 0 0 1 摘要在机床采用高速、高精度电主轴时，电主轴轴承的润滑就显得尤为重要。针对电主轴转速 目前已经达到 4 0 0 0 d mi n以上及 Dm N值突破 1 0 0万 的现状 ，在分析 了机床 电主轴 的润滑特点之后，设计 了较 为环保 的油气 润 滑系统， 并介绍了油气润滑的选择标准以及油气润滑的控制系统， 为在精密机床中应用电主轴提供了有效的配置。 关键词油气润滑油气混合阀Dm N值 1 油气润滑的特点 1 在机床 中轴承与丝杠 的高速化 、重载荷都 会引起润滑油温度 的升高，轴承与丝杠润滑温升 曲 线如 图 1 所示。当润滑量低于 点时，油膜不足 以 完全覆盖摩擦面，此时摩擦为混合摩擦 ，也就是存 在钢与钢 的直接接触，导致摩擦温度升高，且易出 现机械部件的磨损 。在 图 1中， 点是润滑 最佳 点 ，润滑量刚好避免混合摩擦的发生；油量增加搅 油发热量增多，温度升高。 点以后是喷油润滑要 求的润滑量 ，但轴承摩擦动力损失较大 ，为 点润 滑 量 的 4 ／ 3倍 。 温升 轴承摩擦 t 轴承温度 供油量 B 图 1 轴承与丝杆润滑温升曲线图 油气润滑靠的是持续通入空气驱动润滑油到 达润 滑 点 ， 由大量通 入 的空气 带走 轴承 中的热 量 ，达到降低温度的效果；研究表 明，通入轴承 的 空气与润滑油一起形成的气液两相膜降，降低 了润 滑油的粘度 ，改善了轴承 的发热情况。 在 降低轴承温升时，油气润滑比脂润滑有显著 的作用，经 国外先进丝杠厂家的研究试验表 明，在 2 8 同样条件下，丝杠采用油气润滑比采用脂润滑后最高 转速提高了 1 5 ％2 5 ％。 2 定时对轴承补充最干净 的润滑油，以改善 润滑环境 。油气润滑是定时将所需的最小量润滑油 输送到润滑点，这样可 以避免润滑油的劣化，能稳 定地保持优质 的油膜，对提 高机床主轴轴承寿命起 到很好 的作用。 3 油雾润滑和 喷油润滑 都是 加 入 过 多 的润 滑 油进行润 滑 ，都不能精确控制润滑量及 润滑频 率 ，这样既浪费了资源又增加了回收难度并会污染 环境 。油气润滑通过定量油气混合阀精确地控制出 油量及出油频率，能精确可靠地对润滑点施加润滑 ， 它的耗油量仅相当于油雾润滑的几分之一甚至更少。 4 油雾润滑将油雾化成 0 ． 5 ～2 g m微粒， 这样 的微 粒难 以回收 ，有 3 0 ％～5 0 ％油雾无 法 回收 ， 在 P M2 ． 5以下会被人吸入肺部， 严重地威胁到工人 的健康 。而油气润滑是将润滑油用气吹向润滑 点， 此时油气的粒度在 2 0 3 0 g m 以上，没有被雾化 的 可能。只要通过简单的回收管路就可 以进行完全回 收，实现对环境的保护。 油气润滑可选用更宽范围的润滑油，油气润滑 油品可以选择油品的粘度值范 围更加大，可以采用 1 5 0号以上润滑油，这对于重载机床非常有利 。 5 对轴承可 以形成气密封保护。油气润滑使 用的 5 b a r空气在轴承 内形成了对外的压差，避免 了外界的异物侵入。 下转第 3 0页 精密制造与 自动化 2 0 1 2年第 3 期 转动手轮1 ，通过丝杆螺母副，使切割头沿着 滑动导轨作垂直移动。调速 电动机通过联轴器带动 滚珠丝杆副使拖板沿着直线滚动导轨做横向移动。转 动手轮 2 ，通过一对圆锥齿轮和丝杆螺母副，可 以 使定位靠栅沿着矩形导轨作纵向移动。最后 由装入 式电动机直接带动切割头主轴旋转 。 4 切割机 中电主轴磨头结构 切割头采用的是装入式 电动机结构，如图 3所 示。具有结构紧凑 ，体积小，刚性好 ，精度高等特 点。切割头主轴 由装入式电动机直接驱动 ，主轴的 前后端各装有一组高精度轴承 。 5 结语 切割机是一种用于碳纤维复合材料 的切割加工 图3 切割机中电主轴磨头结构 用的专用设备，具有操作简单、结构新颖、体积小、重 量轻、切割效率和切割精度高的特点，可适用于工 厂、科研院所及碳纤维复合材料生产加工等场合 。 碳纤维复合材料金刚石砂轮切割机 的研制成功， 填补 了我 国在碳纤维复合材料加工设备中的空 白， 在实际运用中取得 了良好效果。 上接第 2 8页 2 机床油气润滑系统设计技术 1 介于轴承厂家使用环境与设计环境的差别， 根据经验用轴承 D 值作为油气润滑的选择标准 D D J V 1 式 1 中，D 为轴承 中径，mm；N为轴承转速 。 对于钢球滚珠轴承 ，建议 D Ⅳ 值在 6 5 ～1 0 5 万范围内选择油气润滑， 而滚柱轴承这个值在 5 0 ～ 9 0万。实际使用会根据承载、预紧、轴承组合对数 及轴承冷却方式等做一定调整。比如，当能提供轴 承外部冷却时， 轴承油气润滑适应 的D Ⅳ值可以达 到 1 2 0万 以上。针对实际案例可通过试验验证 以上 数据 ， 也可由轴承厂家提供支持完成润滑类型选择。 2 轴承油气润滑量可 以用如下公式进行计算 Q 0 ． 1 ～0 ． 2 D／ 2 5 2 式 2 中，Q为轴承所需润滑量 ，ml ／ H； D为轴承内 径 ，l n n 3 ；K为轴承系数。 深沟球轴承、角接触球轴承 ，K I ；圆柱滚子 轴承、无预载 圆锥滚子轴承，K 0 - 3 ；有预载圆锥滚 子轴承，K 0 ． 4 。由式 2 计算 出的值为参考值，实 际使用值可通过试验获得。 使用时，每小时给油 4 ～l 0次较为合理，既满 足使用要求又避免 了油泵的频繁启动。使用低粘度 粘度润滑油、选择高 D Ⅳ值工况可适 当提高频率 。 需要注意 的是，每次注入油量与供油系统参数 无关，只与每个出口计量件选择 的大小有关，供油 30 泵每工作一次，注入一次计量油量。为保证各个点 泵入足够油量， 一般选择将油泵开启时间保持 2 0 S 。 3 油气控制系统如图 2所示。图 2中， 为油 气润滑间隔时间， 为系统运动前 的准备时间。在 系列开电后先供给空气 T ／ 2时问，将管路中的余油 顺利注入轴承，进行一个预润滑；机床运行前 分 钟对系统进行一次注油，保证管路中测量充足 ；机 床运动开始不问断通入压缩空气 ，到机床停止 T ／ 2 时间为止；机床运行时开始为管路 以 为频率注入 油，每次注油油泵保持 2 0 S ，保证各个注油点能充 分注入润滑油；中途间断注油停止，待正常运行后 继续按原有频率注油。 运 动 停 止 供给 停 止 供给 停止 图2 油气润滑控制图 3 结语 随着高速加工的推广应用，高速机床将会不断 增加。油气润滑作为一种高效清洁的润滑方式必将 会更多的被选择 。通过本文的讨论 ，将有助于对油 气润滑技术 的了解， 更好地在机床设计中加以应用 。