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關于機床爬行現(xiàn)象問題的若干思考
摘要:機床進給系統(tǒng)的運動件,當其運行速度低到一定值(如0.5mm/min)時,往往不是作連續(xù)勻速運動,而是時走時停、忽快忽慢,這種現(xiàn)象稱之為爬行。嚴重影響著工作的表面質量和尺寸精度,由于引起其原因復雜,往往不易排除,所以一直被認為是機床運動中最棘手的故障之一。本文試圖就這個問題加以粗淺的論證與探索。
關鍵詞:爬行 滑動 摩擦阻力
0 引言
爬行是機床常見而不正常的運動狀態(tài),主要出現(xiàn)在機床各傳動系統(tǒng)的執(zhí)行部件上(如刀架系統(tǒng)、工作臺等),且一般在低速行時出現(xiàn)較多。運動速度低時,潤滑油被壓縮,油膜變薄,油楔作用降低,部分油膜破壞,摩擦面阻力發(fā)生變化。通常情況下,輕微程度的爬行有不易察覺的振動,顯著的爬行則是大距離地跳動。
進給運動中的爬行現(xiàn)象破壞了系統(tǒng)運動的均勻性,不僅使被加工件精度和表面質量下降,也會破壞液壓系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性,使機床導軌加速磨損,甚至產生廢品和事故。
1 機床爬行原因分析
引起爬行的主要原因,是摩擦因數(shù)隨運動速度的變化和傳動系統(tǒng)剛性不足。機床在實際使用中,爬行現(xiàn)象主要是在傳動系統(tǒng)剛性不足,驅動力與負載摩擦阻力波動變化的情況下形成。機床液壓系統(tǒng)侵入空氣,液壓元件間隙增大及機械裝置自身原因都可能引起爬行故障。
我們知道爬行是指機床運動部件慢速動行時的不平穩(wěn)性,表現(xiàn)為有規(guī)律的一停一躍。這種現(xiàn)象的出現(xiàn),以磨床居多數(shù),會嚴重影響工作的表面質量和尺寸精度。產生原因可用實例來說明:假設有一原動件通過彈簧推動另一從動件,當原動件以等速向前運動,通過彈簧推動從件在平面上滑行時,當原動件啟動后,首先需壓縮彈簧一段距離,直到足以克服從動件的靜摩擦力時,從動件才會起動,此時彈簧蓄能。當從動件起動后,由于動摩擦系數(shù)小于靜摩擦系數(shù),于是使從動件獲得一個加速度,此時彈簧放能。如果移動速度很慢,彈簧的壓縮量又較大,那么從動件的速度很快就會超過原動件,產生一個跳躍,直到彈簧壓力和動摩擦力平衡后,從動件開始減速,但因為慣性,但因為慣性,還會再向前沖一段距離。至此,從動件因為失去了原動力就會停下來,直到原動件重新壓縮彈簧到能克服從動件的靜摩擦力時,又重復上述循環(huán)。
此實例和實際導軌副產生爬行的機理十分相似。從動件可以視作溜板或工作臺,平面可以視作導軌。二驅動系統(tǒng)不可能是完全剛性的,在驅動過程中不可避免地會有彈性變形,因而可以認為是彈簧起同樣作用。
2 解決對策
2.1 改善導軌摩擦特性 改善導軌摩擦特性就是降低摩擦阻力和減小靜、動摩擦系數(shù)之差。為此,可采取以下措施:
2.1.1 滑動面的加工方法,從降低摩擦阻力的角度看,總的來說是磨削比刮削好。試驗表明,上導軌面用碗形砂輪端面磨削,下導軌面用盤形砂輪周邊磨削,可獲得最好的效果;其次是下導軌面用碗形砂輪端面磨削,上導軌面刮研。當上、下導軌面都為磨削時,其接觸情況應用著色檢驗,接觸指標須滿JB2278—78《金屬切削機床通用技術條件》和JB2280—78《金屬切削機床械加工結合面接觸的檢驗及評定》的規(guī)定。
對刮研的導軌面,摩擦阻力和接觸點數(shù)有關,點數(shù)太少說明接觸面積小,比壓大,不易形成油膜。但也不是接觸點數(shù)越多越好,若接觸點數(shù)太多,超過每25*25毫米20—25點,大多數(shù)接觸點呈尖峰狀,同樣不利于形油膜,造成尖峰與尖峰接觸,使摩擦阻力增大。對于上、下導軌面都為刮研的狀況,看來以基本(滿足可以稍偏少)JB2278—78規(guī)定的指標(表2)為適宜。對于上導軌面刮研,下導力面磨削的狀況,只檢驗刮研面的接觸點數(shù),考核指標為表2的75%。
2.1.2 在上導軌表面粘貼塑料板,臺聚四氟乙烯、足龍等,可使摩擦系數(shù)和靜、動摩擦系數(shù)之差降低60%左右,對防止爬行有顯著效果。但塑料的導熱性差,在通常鑄鐵對鑄鐵滑動時,摩擦熱是同時從兩個滑動表面?zhèn)鲗С鋈,如果一個表面是塑料,就阻礙了熱的傳記導。在重載和高速的情況下,大量摩擦熱會使機床身溫度很快上升,由此而產生的變形足以破壞機床的原始精度。
2.1.3 選用具有防爬特性的潤滑油。低速運行時,導軌潤滑只能是邊界潤滑狀態(tài)(介于干摩擦和液體摩擦之間的一種狀態(tài)),而一般潤滑油的邊界油膜都不夠強固,容易出現(xiàn)干摩擦。因此,為排除爬行,宜采用專用的防爬導軌油,其中加入了各種添加劑,增強潤滑油的吸附及楔入能力,以提高邊界油膜的強度過,防止干摩擦,對降低摩擦阻力,防止爬行,有一定效果。
多潤滑的粘度,從防止爬行的角度看,宜選用粘度大的潤滑油。但工作臺負荷分布不均時,潤滑油大會使導軌的油墨厚薄不均,從而引起工作臺傾斜,降低機床加工精度。
2.1.4 對新的或大修后的機床,由于導軌面上刮削或磨削的刀痕較深,以致摩擦阻力較大?稍趯к壝嫔贤糠蟊”∫粚友趸t,用手動的方法(切勿有機動)對研幾個來回,對排除爬行有一定效果。
2.1.5 采用靜壓導軌,實現(xiàn)完全的液體摩擦,可以從根本上解決爬行問題。但是,成功地應用靜壓導軌并不是很簡單的事,也不是在所有場合都可以使用,比如外圓磨床工作臺很單薄的構件,由于工件往往被頂?shù)眠^緊,于是工作臺就產生彈性變形而拱凸起來,使靜壓油墨難以形成。因此,在改造老設備時,若準備采用靜壓導軌,應慎重,除了考慮技術上是否可能外,經濟上是否合算也是必須考慮的問題。
2.2 降低驅動阻力 驅動阻力的主要組成部分是導軌副的摩擦阻力,和正壓力成正
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