浅谈石材机械中静压导轨的应用

【摘要】石材机械中导轨是石材机械关键的运动零部件之一，直接影响石材机械的工作性能，使用寿命以及石材表面的加工质量，本文分析了石材机械设计制造常用的几种导轨，着重介绍静压导轨，并探讨了在制造和使用中应注意的问题。

【关键词】静压导轨；石材机械；加工质量

1.导轨的基本要求

在石材机械中，导轨是主机往复运动精度的关键，起到导向和承载作用，必须具有足够的强度能安全支承主机；在运行工作时阻力小，保证主机准确地进行来回的运动；同时还必须耐用，维修方便。

导轨是由两部分构成：一部分在工作时固定不动，通常称为支承导轨，一般把支承导轨和机器的底座做成一体，支承牢固可靠。另一部分相对于支承导轨作直线往返运动，通常称为动导轨。由于导轨是承载的运动件，对导轨的基本要求有：导向精度和耐磨性，疲劳强度和压溃、刚度、承载能力平稳和工艺结构性等。

1.1导向精度

导向精度主要是指动导轨沿支承导轨做直线运动的准确程度。导向精度的高低，主要取决于导轨的结构类型；导轨的几何精度和接触精度；导轨的配合间隙、装配质量和结构形式，油膜厚度和油膜刚度；导轨和基础件的刚度和热变形等。

1.2耐磨性

是指导轨在长期使用过程中能否保持一定的导向精度。导轨的耐磨性主要取决于导轨的结构、材料、摩擦性质、表面粗糙度于表面硬度、受力情况等。因导轨在工作过程中难免有所磨损，所以应力求减少磨损量，并在磨损后能自动补偿或便于调整。提高导轨的耐磨性，需采用独立的系统进行正确的与保护。

1.3疲劳与压溃

由于过载或接触应力不均匀，导轨面将产生弹性变形形成疲劳点，表面形成龟裂、剥落而出现凹坑，这种现象就是压溃。疲劳和压溃是滚动导轨失效的主要形式。为此应控制滚动导轨承受的最大载荷和承受的均匀性。

1.4刚度

刚度体现抵抗载荷的能力，通常将抵抗恒定载荷的能力称为静刚度，而称抵抗交变载荷的能力为动刚度。导轨刚度的不足，将影响部件之间的相对位置精度和导轨的导向精度，使导轨面上的比压分布不均匀，加剧导轨的磨损。

1.5低速运动的平稳性与结构工艺性

导轨在低速运动时，作为运动部件的动导轨易产生“爬行现象”。爬行的产生与导轨的结构和，动、静摩擦因数的差值，以及导轨的刚度等有关，动、静摩擦力差值越大、传动系统刚度越差以及运动件的质量越大，越容易产生爬行。对于一个特定的机械运动系统，只有当速度低于某一数值时，机器才会出现爬行现象，这一速度称为不发生爬行的临界速度Vk。爬行现象的产生会严重影响石材表面的加工质量。

2.导轨的分类、比较

2.1导轨分类

根据导轨的摩擦性质，通常把导轨分为：滑动导轨、滚动导轨。其中滑动导轨根据结构形式又可分为：混合摩擦导轨、边界摩擦导轨、液体动压导轨、液体静压导轨以及液体动静压导轨。

2.2滚动导轨的特点及装配要求

滚动导轨是两导向面之间放置滚珠、滚柱或滚针等滚动体来实现两导轨无滑动地进行相对运动，两导轨表面之间为滚动摩擦。这种导轨磨损较小，因而导轨的寿命长，定位精度高，灵敏度高，运动平稳可靠，但由于结构复杂，抗振性较差。对于石材机械，尤其是切石机，工作环境较差，灰尘多，负载重且带有冲击，使用滚动轴承有一定的局限。

滚动导轨的滚动体基本上有三种：滚珠式、滚柱式和滚针式，它们共同特点是：动静摩擦因数基本相同，启动阻力小，因此不会产生爬行，且低速运行时稳定性好；定位精度高，运动平稳，微量移动准确，能够保证滚动导轨具有较高的定位刚度；在预紧的情况下，能够提高刚度和抗振性，并能够承受较大的冲击和振动。由于滚道机械加工的误差以及滚动体制造成的误差，即使在预紧的情况下，也难以做到所有的滚动体与滚道表面都能接触，造成受力不均，磨损不一。情况不好时更易造成磨损和压溃。

2.3滑动导轨特点及装配要求

①金属面导轨，由于启动阻力大，容易产生爬行现象，而且低速运行时稳定性差，对于低速重载的机械系统这些缺点表现更为明显。另外这种导轨一般采用注油方式进行，效果不是很理想，导轨在磨损后修复困难。因此，在较为精密的设备中很少使用。

②塑料导轨使用中一般是镶在金属导轨面上使用的，具有摩擦因数低，而且动、静摩擦因数比较接近，可在无的情况下进行工作，吸振性好；磨损后维修方便。但其缺点是耐热及导热性较差，且热胀系数比金属要大，工艺上通过设计制作较薄的塑料层也能较好的解决这一问题，所以塑料导轨目前使用较为广泛。

③液体静压导轨：液体静压导轨是在导轨面上设计并加工一系列油腔，工作时油腔中通人一定压力的压力油使动导轨浮起，油腔中的油压随外载荷的变化自动调节，从而保证导轨面间始终处于纯液体状态，而且具有自动调节偏心负载的作用。静压导轨在大负荷、低速时其工作性能非常优越。

石材机械中使用的静压导轨一般是在动导轨上加工油腔，油腔加人压力油，使得动导轨的摩擦面之间产生一个与主机负载（动导轨负载）相反的力，当这个所加的力与主机负载相平衡，导轨摩擦面之间就形成了一层油膜，使导轨接触面完全不接触。当所加的压力油产生的液压反力小于主机负载，导致不足以支承主机负载时，导轨面之间不能形成油膜使导轨面完全脱离接触，但由于导轨面之间的粗糙度可以渗人油液，起到作用，仍然可以大大减少导轨之间的摩擦力，改善导轨的工作条件。液体静压导轨按照导轨面的摩擦状况分为完全平衡型静压导轨和不完全型静压导轨。对于完全平衡型静压导轨，导轨面之间形成油膜，导轨面之间摩擦力很小，可以避免导轨面的磨损，延长导轨的使用寿命，而且工作可靠。

④静压导轨具有以下的特点：

（a）摩擦因数极小，一般情况下，摩擦因数不超过2x10-3。

（b）油膜厚度几乎不受速度的影响，即使在速度极低的情况下，导轨也不会产生爬行现象。

（c）由于油液几乎不可压缩，油液的弹性系数非常高，即油膜刚度高，抗振性能好。

（d）由于油液几乎不可压缩，系统的动态响应速度快，保证工作的可靠性。

（e）缺点是由于存在一定的泄漏，使用中需要增加一套独立的供油系统，对油液的清洁度要求较高，另外石材机械工作环境比较差，灰尘多，容易污染供油系统。因此在石材机械导轨设计制造时，必须考虑导轨和供油系统的密封，防止外物侵人，同时油路中还要有良好的过滤装置，这是由于外物的侵人会造成管路的堵塞，阀芯工作不正常，系统供油不稳定，加剧导轨和液压件的磨损。

从以上静压导轨的特点来看，如果能解决静压导轨在使用中的不利条件，在中大型石材机械装备中，使用静压导轨具有很多优点，应该大有可为。

3.系统的防尘

油液中颗粒的存在，会导致导轨的磨损，同时也会增加油膜厚度，降低油膜的刚度。导轨上防尘装置的设计，必须能完全隔离外物的浸人，保证油液的清洁。

【参考文献】

[1]徐文琴，孙英达.机床液体静压导轨油膜厚度确定的研究[J].制造技术与机床，2009，（06）.

[2]赵玉梅.静压导轨在重型机床设计中的应用[J].陶瓷研究与职业教育，2009，（02）.

[3]李春梅，冯虎田，赵江杰.滚动直线导轨副摩擦力动态测量系统设计[J].制造技术与机床，2009，（09）.