[发明专利]一种具有气体静压卸荷功能的气液混合式导轨系统

说明书

本发明涉及一种具有气体静压卸荷功能的气液混合式导轨系统，以间歇供油滑动导轨为基础，在滑台导轨面上纵向分割出在两个区域，内区为油膜区，外区为气垫区，油膜区与气垫区的交界处沿运动方向开设有溢散槽，溢散槽将油膜区与气垫区隔开，工作时，在油膜区加入润滑油，形成常压油膜，在气垫区通入压力气体，形成气垫，并设定气体产生的静压力始终小于负载的重力。本发明具有减少摩擦阻力，降低驱动功率的效果，同时能够消除爬行现象，以改善表面质量，提高加工精度，由于减轻了滑台和滑台导轨结合面的摩擦，导轨寿命明显延长，相较于静压导轨，本发明的导轨系统结构更加简单，成本更低，经济效应显著，适用于大规模的推广使用。

技术领域

本发明涉及机床设备的技术领域，尤其是涉及一种具有气体静压卸荷功能的气液混合式导轨系统。

背景技术

机床导轨作为机床的基础件之一，在各类机床上有着广泛的应用，机床导轨的形式也是多种多样的，滑动导轨作为一种基础的机床导轨，目前在各类机床上依然有着广泛的应用，由于滑动导轨属于金属对金属式，滑台和导轨之间的静摩擦系数大，同时动摩擦系数也会随着推进速度变化而变化，尤其是在低速重载时，极容易产生爬行现象，严重影响加工精度。

滑动导轨的润滑方式主要包括流体润滑和边界润滑，流体润滑是指摩擦表面物理吸附分子形成薄膜完全隔开摩擦表面并承担负载的润滑方式，边界润滑是指摩擦表面由物理吸附膜（比如油膜）和化学反应膜（比如氧化膜）隔开摩擦表面的润滑方式。

由于表面粗糙度、变形及负载值等因素，纯流体润滑的工况很少，多数滑动导轨的润滑方式都属于边界润滑，同时在机床实际生产加工的过程中，纯流体润滑并不全是优点，由于阻力极小，反而使得运动方向的振动不被抑制甚至被放大，极容易在加工零件的表面产生振纹。

在滑动导轨使用的过程中，为了提高导轨的耐磨性，改善摩擦特性，减轻爬行现象，可选用合适的导轨材料、热处理等方式，传统的是采用常压滴油的润滑方式，通过油泵间断向滑台和导轨的结合面之间注入润滑油，以此降低摩擦系数，减轻爬行现象，这种润滑方式属于典型的边界润滑，但受到推进位移，负载及推进速度等众多因素的影响，供油间隔和供油量难以控制，从而导致在实际使用中，依然存在较大的摩擦阻力，爬行现象和使用寿命低的缺点难以克服，特别是在重型机床上，这些缺点体现尤为明显。

因此在中大型机床上，为进一步减少运动部件之间的摩擦，一般都采用静压导轨结构，现有的静压导轨结构按结构形式主要分为开式静压导轨和闭式静压导轨，按供油情况可分为恒压供油静压导轨和恒流供油静压导轨，其工作原理都是由油泵提供高压油，经节流阀后进入油腔，利用油的压力使两个结合面之间保持纯液体摩擦，利用较高的油膜刚度和高精度的油垫支撑来保证导轨具有良好的运动精度，静压导轨有着摩擦系数小，效率高，工作运动平稳，不易出现爬行现象的优点，同时长期使用无磨损，显著的提高导轨的使用寿命，但同时，在实际使用过程中，静压导轨存在以下几个方面的缺陷：第一，静压导轨的结构复杂，需要在机床上单独增加一套完整的供油系统，其使用成本和后期维护成本较高，不适合大规模推广使用；第二，静压轨道对使用的润滑油的品质要求较高，增加了使用成本，同时在两部件的结合面之间形成的油膜厚度难以控制，受到油品粘度的影响，在运转启动的初期是没有油膜行程的，即冷启动干磨状态，当达到相对速度后，才可在结合面上形成油膜；第三，静压导轨依然采用的是间歇式供油的方式，容易造成油压不稳定的问题，导致导轨各处的油压高低不等。

目前在一些高精度的小型机床上，会使用到气轨作为机床导轨，气轨是一种高精密的仪器，其原理是利用小型气源将压缩空气送入导轨内腔，空气再由导轨表面上的小孔喷出，在导轨表面和滑行器内表面之间形成很薄的气垫层，滑行器悬浮在气垫层上，与导轨面脱离接触，滑行器几乎可以在导轨面上做无阻力的直线运动，极大的减少了导轨和滑行器之间的摩擦，但气轨的结构精密，造价高，使用环境和要求严格，严禁碰撞、重压，以免导致轨道变形，影响使用，同时目前气轨难以克服的问题是气轨只能呈承受重量较低的负载，加工重量较轻的工件，这也直接导致了气轨难以在大中型的机床上应用。

发明内容