如何選擇機床導軌潤滑油
摩擦力是指兩個接觸表面之間產生的阻礙其相對運動的力,摩擦力的方向一定是和運動的方向相反的。肉眼看上去很光滑的固體表面,只要放大到一定的倍數,就會發現它們的表面是相當粗糙的,當兩接觸表面間有相對運動的趨勢時,由於摩擦力的作用,兩表面紋理間的剮蹭是不可避免的,這就是表面磨損的產生機制。因此,要採取一定的措施來保護互相接觸、並有相對運動的機械零部件,這對於提高產品產量、生產效率和裝置可靠性,以及維護環境來說都是非常重要的。
當兩接觸零部件由靜止狀態轉換為相對運動狀態時,摩擦力也由兩者表面之間的靜摩擦轉換為動摩擦。
由於軸在轉動時,會把潤滑油帶到軸孔的接觸區域,這樣可以有效減少面與面間的剮蹭作用,摩擦力會相應降低。隨著軸的轉速不斷增加,兩接觸表面間的潤滑油薄膜的完整性和厚度也會不斷增加,進而摩擦力也會更低。當潤滑油膜將軸和孔完全分離開時,此時摩擦力最小。但是,如果轉速繼續增大並超過一定的臨界點後,潤滑油膜的厚度反而會對軸的運動產生一定的粘性阻力,摩擦力反而會變大。
潤滑方式
在種類眾多的潤滑機制中,有三種主要的潤滑型別需要在這裡做逐一說明:
◆邊界潤滑:在這種潤滑機制下,摩擦力的大小完全取決於接觸表面的特性,而與潤滑油的性質無關。
◆混合潤滑:在這種潤滑機制下,摩擦力的大小由潤滑油和接觸表面的特性共同決定,兩者的影響程度多少取決於相對運動的速度。
◆液體動力潤滑:在這種潤滑機制下,摩擦力的大小完全取決於潤滑油的粘度,而與接觸表面的特性無關。
在很多應用場合中,減小摩擦力並不是潤滑的唯一目標。對於機床導軌的潤滑而言,減小摩擦力還不夠。要讓滑塊在導軌上執行地更流暢更精準,需要認真考量潤滑油的摩擦效能。摩擦控制的缺失,會造成滑塊位置不精準,進而導致切削效率降低,最終使機床無法達到預期的產能。
導軌,有時也稱作直線軸承,也遵循上述潤滑機理。不同之處僅僅在於兩接觸表面為平面而非圓柱面,相對運動為直線運動而非轉動。理論上,可以將這種平面接觸形式的軸承設計成在液體動力潤滑機制下執行,當滑塊到達導軌終端時,機械力會迫使它停下來,然後開始沿導軌的相反方向運動。但是,事實上滑塊通常會以階梯變速方式執行,同時,滑塊在導軌上的運動極易受到一種稱為“粘滑效應”的現象的影響,這就使得采用混合潤滑機制變得十分必要。
導軌潤滑中的“粘滑效應”
粘滑效應產生的原因在於靜摩擦與動摩擦之間的不斷切換。當靜摩擦力超過動摩擦力時就會發生這種現象。具體來說,當對導軌上的滑塊施加一定的驅動力時,滑塊並不會立刻運動起來,而是受到靜摩擦力的作用繼續處於靜止狀態。此時,就像彈簧蓄能一樣,驅動力會不斷積蓄。至到驅動力克服了靜摩擦力開始做功,滑塊也就開始運動了。這時摩擦力也完成了從靜到動的轉化,驅動力會繼續推動滑塊加速運動,但是就像彈簧彈力解除安裝一樣,驅動力釋放地也非常快。最終,驅動力釋放完了,阻礙滑塊運動的摩擦力開始顯現。滑塊的速度會逐漸慢下來,混合摩擦機制下的摩擦力增長得非常快,最後滑塊停止運動,一個運動週期也結束了。這種不穩定的運動狀態通常被稱為“粘滑效應”。
儘管粘滑效應是一種肉眼不可見的現象,但是它卻無處不在,並且還會給我們帶來一些特殊的聽覺感受。美妙的小提琴樂曲是粘滑效應的副產物,老師寫粉筆字時發出的刺耳噪音也是它的產物,還有火車進入站臺後的剎車聲也是這樣產生的。由粘滑效應引起的噪音現象不勝列舉,比如汽車擋風玻璃上的雨刷器運動時發出的聲音,還有傳動帶張緊變鬆時所發出的吱吱聲。汽車急轉彎或急剎車時所發出尖銳噪聲,都是因為粘滑效應。以此可以看出,粘滑效應所帶來的大多是不好的體驗。在機床中更是如此,粘滑效應可以引起滑塊以及滑塊所帶動的工件或刀具的不穩定運動。這種不可控的運動方式,最終會導致加工的尺寸偏離和產量下降。
更好地控制摩擦力
為了讓滑塊執行的更平穩流暢,我們通常會在潤滑油中新增一種有助於控制摩擦力的特殊新增劑。現代的導軌潤滑油中通常包含一種具有改變摩擦特性作用的混合新增劑,在一定條件下,這會使滑塊的運動更加平滑可控,停止位置更精確。
現代的機床和導軌中,會大量應用潤滑油和潤滑劑。這是為了使運動部件的速度更快,載重更高,精度更好,沒有高品質的潤滑油,這樣的目標就無法實現的。另外,不同摩擦材料相匹配的情況也越來越常見了,比如金屬和塑料材料之間的摩擦匹配,這就意味著所需要的潤滑油的種類也越來越多了。
現代的導軌潤滑油的配方,必須做到基礎油和新增劑配比的完美平衡,才能達成下列目標:
◆降低靜摩擦力以便於快速啟動;
◆能夠在靜止和運動狀態之間隨意不斷切換;
◆過載情況下也能平穩執行。
降低摩擦力保證生產力
機床導軌潤滑油的選擇是非常重要的,它關係到零部件耐磨防護的效果,粘滑效應的預防,以及機加裝置生產力的提高。以下是幾個被廣泛採用並認可的摩擦學測試,可用於評估導軌潤滑油的效能優劣:
◆摩擦效能測量;
◆摩擦力測量儀。
這些測試可用於評估潤滑油的靜態和動態摩擦特性,以及各種導軌和滑塊材料的摩擦效能。
要從眾多工業用潤滑油中,挑選出一款稱心如意的油品並非易事。深入瞭解摩擦力的產生原理、各種潤滑方式的優缺點以及潤滑過程中有可能發生的粘滑效應才有可能事半功倍。