高速精密冲床的导向技术

 当前，面对全球制造产业日益精细化、自动化以及高效量产化的变革需求，例如，国家支持的材料领域的超宽超薄板、汽车用铝板材料、航空航天材料、高精密核心冲压件等方面。高速精密冲床的动态精度及静态精度的长期稳定性也随之面临考验。
          要想冲床在实际生产中能够稳定、可靠的达到客户需求目标，给冲床设置一种高保持性、高精度、长寿命的冲床滑块导向装置至关重要。因此在这方面，欧利锦引进了日本LEM公司百年冲床技术，结合自身多年国内精加工实践经验，确定冲床的导向装置为——〖两中心静压柱塞导柱〗和〖四辅助滚动导柱〗的结构。
          该结构双管齐下，确保了冲床的高刚性及下死点稳定持压，结合欧利锦特有的散热油路设计，可持久、高效地控制加工精度。即可向滑块提供高抗偏心负荷载力，又能防止热变形产生的卡死现象，完美地满足了客户生产需求。该结构如下图1所示。突破性的设计，获得了国家发明专利《抗偏心负载支撑机构》，专利号ZL.2013 1 0718726.3 。

图1 欧利锦高速精密冲床导向结构方案（及发明专利证书）

          同时，欧利锦高速精密冲床在研发时，分析了各种类型的导向结构的优缺点，最终在上述导向结构中，采用了现在行业内最理想的直线轴承结构式导柱及静压轴承式柱塞（如图2、3所示）

图2 直线轴承结构式导柱 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图3 静压轴承式柱塞结构

　　目前，生产高速精密冲床的厂家很多，各个生产厂家的高速冲床的导向结构基本不同，目前市场上广泛应用导向方式有：
　　圆柱导向（如下图）：根据接触表面的状态又可细分为滑动导向、滚动导向、静压导向等。

平面导向（如下图所示）：主要为八平面导向，导向类型同样有滑动和滚动之分。

从高精度、高保持性、长寿命的层面上对各类型导向技术优缺点分析如下：
1.平面滑动导向装置
　　平面滑动导向装置在滑块水平面内各个方向的位移均受到导轨的约束，导轨精度提高，滑块产生的侧向力会直接由导轨传递给机身，因此，导向系统应具有高的刚度。但随着产品要求的提高和连续模的使用，平面滑动导轨达到的机床精度愈加难以满足实际生产的需要。现在，滚动导轨已基本取代滑动导轨，其主要目的就是把滑块在承受偏载负荷时精度变化控制在最小的范围内，为精密模具的使用和提高寿命创造有力条件。
2.滚动导向装置
　　滚动导向装置可分为平面滚动导向、柱式滚动导向两类。也有个别厂家采用平面滚动导向和柱式滚动导向并用的结构。柱式滚动导向又有两柱、三柱和四柱三种结构，使用最为普遍的是四柱式导向结构。
　　平面滚动导轨的主要缺点是由于各种非正常因素导致滑块运行精度有所下降或导轨面磨损时，需要定期对导向精度进行调整以保证精密冲压所需的机床精度。这种结构主要应用于大吨位的压力机或较低速度的压力机。
　　高速精密冲床的另一种最主要的导向方式就是柱式滚动导向装置。这种结构主要应用于一般的高速压力机和超高速压力机上。柱式导向装置中的滚动体一般采用直线运动球轴承，滑块上下运行时，这些滚珠一边滚动，一边随保持架移动，因此，柱式滚动导向为纯滚动摩擦，阻力很小。
　　柱式滚动导向装置之所以能得到广泛应用，是因为圆柱面的加工易于达到较高的精度，导轨面间隙或过盈量的大小是靠加工和导向元件本身的精度来保证的，安装、调试和维修都很容易，不需要调整，结构也较平面滚动导轨简单。圆柱导轨的圆柱面可经过精加工达到镜面精度，以提高润滑油膜的接触刚性。同时因为柱式导向结构对滑块在水平面内任一方向上都有约束，因而滑块及机身上的导柱孔在加工中允差较严。缺点是在当温度发生变化时，压力机床身和滑块之间会产生温差，发生热涨现象，从而使导柱和导向轴承之间发生静态位移，产生附加载荷和不均衡接触，导致导柱和导套之间的异常磨损，甚至会出现卡死现象。
3.静压导轨导向装置
　　静压导轨导向装置是一种特殊的滑动式导向结构。在导柱和静压轴承之间没有直接接触，靠静压油膜导向，精度高、刚性好，是一种新型的导向结构。它的特点有：
a.冲裁时，由于冲击负荷作用而产生的导轨横向间隙（滑块横向位移）将会引起有关静压油腔油压上升，需增强该导轨处的刚性，阻止滑块的横向移动。
b.在静止状态，静压油腔中的油压从两侧作用于导柱上，使导轨处于理想的“零隙”状态，静压导轨的刚度比一般柱式滚动导轨要高得多。
c.静压导轨中无金属直接摩擦，寿命长，精度保待性好。
d.在导柱和静压轴承之间有压力油循环，对微振动有阻尼效果。由于静压轴承的承载力是由静压油腔产生并作用于导柱上的，因此，在静压油腔所产生推力的作用下，迫使滑块处于最理想的位置。
　　综上所述，就导向装置刚性而言，静压导轨是理想的结构形式，而且解决了在八面直角及柱式导向装置上无法避免的热变形产生的附加应力问题。静压导轨在超高速冲压机上的应用越来越普遍。