機(jī)床導(dǎo)軌修復(fù)方法研究

耿建紅

摘　要：機(jī)床導(dǎo)軌是機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度的基礎(chǔ)，每個(gè)零部件以它為基準(zhǔn)進(jìn)行安裝或執(zhí)行運(yùn)動(dòng)。但在長(zhǎng)期使用過(guò)程中由于保養(yǎng)不當(dāng)?shù)仍蛲鶗?huì)產(chǎn)生磨損，此時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，以保持機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度以及設(shè)備的完整性，確保機(jī)器能夠達(dá)到教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。本文對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌的分類、磨損原因以及修復(fù)措施進(jìn)行了論述，希望對(duì)后續(xù)導(dǎo)軌修復(fù)起到一定參考作用。

關(guān)鍵詞：機(jī)床導(dǎo)軌；磨損；修復(fù)

0　引言

工業(yè)是一個(gè)國(guó)家的命脈所在，強(qiáng)大的工業(yè)水準(zhǔn)才能支撐起國(guó)家的基礎(chǔ)建設(shè)需求，機(jī)床是工業(yè)中Z重要、Z常用的設(shè)備，其被譽(yù)為“工作母機(jī)”。高精度機(jī)床已經(jīng)成為新時(shí)期工業(yè)發(fā)展不斷追求的目標(biāo)之一，機(jī)床精度的高低直接反映出國(guó)家的工業(yè)水準(zhǔn)。而機(jī)床Z重要的部件就是導(dǎo)軌，導(dǎo)軌是機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度的基礎(chǔ)，零部件都以它為基準(zhǔn)進(jìn)行安裝或執(zhí)行運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)軌磨損會(huì)導(dǎo)致機(jī)床加工精度降低影響加工質(zhì)量。教學(xué)中的機(jī)床，由于導(dǎo)軌的磨損導(dǎo)致加工困難，達(dá)不到教學(xué)要求。因此，無(wú)論是對(duì)企業(yè)效益的保證，還是對(duì)學(xué)校教學(xué)質(zhì)量的提高，都有必要對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌磨損修復(fù)的方法進(jìn)行探討。

1　機(jī)床導(dǎo)軌的分類及特點(diǎn)

導(dǎo)軌副也被叫做導(dǎo)軌，對(duì)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件起到導(dǎo)向和支撐的作用，引導(dǎo)構(gòu)件沿一定方向做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)軌對(duì)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)起到一個(gè)平衡力，約束其運(yùn)動(dòng)方向并確保其穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的作用。導(dǎo)軌中與機(jī)床連接不動(dòng)的部分為靜導(dǎo)軌或支撐導(dǎo)軌，與運(yùn)動(dòng)部件連接相對(duì)比較短的部分我們通常稱之為動(dòng)導(dǎo)軌，前者對(duì)后者起到支撐作用，靜導(dǎo)軌面稱為承導(dǎo)面。根據(jù)機(jī)床導(dǎo)軌的工作原理及特點(diǎn)，我們將其分為以下幾種：滑動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、磁懸浮導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌以及復(fù)合導(dǎo)軌等，其中我們Z常見(jiàn)且常用到的是滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌[1]。

1.1 滑動(dòng)導(dǎo)軌  滑動(dòng)導(dǎo)軌簡(jiǎn)單可靠、抗震性能強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)適用且制造成本低廉，是Z常用的導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，在機(jī)床產(chǎn)品中應(yīng)用Z為廣泛?；瑒?dòng)導(dǎo)軌得益于其構(gòu)造，有承載力大且剛性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)載荷較大的切削通常用這種導(dǎo)軌。阻尼性能好，能很好的抑制機(jī)器啟停時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)。目前各個(gè)國(guó)家對(duì)滑動(dòng)導(dǎo)軌的研究越來(lái)越重視，隨著科技發(fā)展，滑動(dòng)導(dǎo)軌仍有其待挖掘之處[2]。

1.2 滾動(dòng)導(dǎo)軌  高速數(shù)控機(jī)床則經(jīng)常采用滾動(dòng)導(dǎo)軌，滾動(dòng)導(dǎo)軌不同于滑動(dòng)導(dǎo)軌，它采用柱體、球體等作為滾動(dòng)載體，以滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦，減小摩擦力。由此，滾動(dòng)導(dǎo)軌工作時(shí)沒(méi)有震動(dòng)現(xiàn)象，即使是低速工作，也不會(huì)產(chǎn)生“爬行”現(xiàn)象。工作時(shí)，導(dǎo)軌發(fā)熱現(xiàn)象較輕，使用壽命更久?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，滾動(dòng)導(dǎo)軌可以以比較低的成本進(jìn)行專業(yè)生產(chǎn)，目前有關(guān)滾動(dòng)導(dǎo)軌的研發(fā)趨勢(shì)也朝向模塊化、集成化以及低噪音的方向發(fā)展。

1.3 靜壓導(dǎo)軌  靜壓導(dǎo)軌的工作原理就是將潤(rùn)滑油通過(guò)節(jié)流器流入導(dǎo)軌面上，形成油膜，將動(dòng)導(dǎo)軌與靜導(dǎo)軌隔離開(kāi)，當(dāng)動(dòng)導(dǎo)軌加以負(fù)載時(shí)，油液膜變薄，將油液通過(guò)封邊不斷擠壓回油箱，同時(shí)回油間隙也變薄，阻力變大，郵箱壓力也變大，可以平衡內(nèi)外壓差，靜壓導(dǎo)軌能避免動(dòng)靜導(dǎo)軌之間的磨耗，同時(shí)加工精度也遠(yuǎn)超滾動(dòng)導(dǎo)軌和滑動(dòng)導(dǎo)軌[3]。

1.4 磁懸浮導(dǎo)軌  磁懸浮導(dǎo)軌是利用磁場(chǎng)力將導(dǎo)軌抬升的技術(shù)，相比于前三種，磁懸浮導(dǎo)軌能夠?qū)崿F(xiàn)超精密、超高速的加工要求，是未來(lái)機(jī)床的理想狀態(tài)。

2　機(jī)床導(dǎo)軌面常見(jiàn)失效形式及原因分析

在機(jī)床加工過(guò)程中，除了支撐活動(dòng)部件外，導(dǎo)軌還必須確保活動(dòng)部件可以在外力作用下沿給定的方向精確地線性移動(dòng)。因此，導(dǎo)軌需要滿足一定的引導(dǎo)精度、運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的輕便性和穩(wěn)定性、足夠的剛度、良好的耐磨性、受溫度變化的影響小以及結(jié)構(gòu)可制造性的要求。

導(dǎo)軌是機(jī)床的必要部分，如果導(dǎo)軌出現(xiàn)磨損等問(wèn)題，機(jī)床的精度將受到很大影響以致不能工作，這種狀態(tài)稱之為故障。導(dǎo)軌常見(jiàn)的故障有磨損、表面壓痕、劃痕、疲勞、生銹、斷裂和燒傷等。其中表面壓痕是由于加工載荷過(guò)大而造成的，加工載荷大于導(dǎo)軌承受能力就會(huì)造成壓痕損傷;劃痕則是由于導(dǎo)軌中落入顆粒物，導(dǎo)致在工作過(guò)程中碾壓過(guò)硬顆粒而形成的損傷;疲勞損傷是機(jī)床導(dǎo)軌的使用壽命超過(guò)極限，且工作人員疏于保養(yǎng)，導(dǎo)致在載荷較大的工作中受損，產(chǎn)生導(dǎo)軌面剝離的現(xiàn)象;生銹則是金屬導(dǎo)軌面長(zhǎng)時(shí)間不工作且保養(yǎng)間隔過(guò)久，而加工過(guò)程中產(chǎn)生的碎屑，油污等腐蝕性液體或者由于空氣濕度較大，從而造成導(dǎo)軌面生成腐蝕物而造成的損傷。斷裂一般是由于導(dǎo)軌質(zhì)量差，所用材料耐磨性低，工作中的載荷又較大，難以承受而造成的損傷;燒傷一般是由于加工負(fù)荷大，潤(rùn)滑條件不達(dá)標(biāo)，過(guò)度摩擦生熱引起導(dǎo)軌表面顏色變化的現(xiàn)象。

導(dǎo)軌的損傷會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)床加工質(zhì)量，加工精度不達(dá)標(biāo)或出現(xiàn)殘次品，嚴(yán)重影響企業(yè)生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量以及教學(xué)質(zhì)量，使用過(guò)程中也存在安全隱患，后期維修也會(huì)耗費(fèi)大量的人力物力財(cái)力，往往需要一定的時(shí)間才能完全修復(fù)，因此需要引起重視。導(dǎo)致磨損的原因可以細(xì)分為以下幾種：

2.1 潤(rùn)滑不良  邊界潤(rùn)滑是導(dǎo)軌Z常用的潤(rùn)滑方法，就是在導(dǎo)軌表面注油使其表面形成一層致密油膜，該油膜會(huì)吸附在摩擦面上，從而大大降低了摩擦面的摩擦系數(shù)。然而隨著導(dǎo)軌運(yùn)行時(shí)間的增加，油路會(huì)被阻塞或無(wú)法及時(shí)供應(yīng)，這將導(dǎo)致局部干摩擦。干摩擦的阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于有油膜的情況，不久就會(huì)使軌道產(chǎn)生損傷[4]。

2.2 氧化磨損  部分機(jī)床或機(jī)床的部分部位，不經(jīng)常使用，如果疏于保養(yǎng)及維護(hù)，那么導(dǎo)軌表面長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中，會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，形成氧化物雜質(zhì)，之后再啟用該導(dǎo)軌，會(huì)使氧化物脫落，導(dǎo)軌在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中不斷摩擦這些雜質(zhì)，形成損傷，這種損傷常見(jiàn)于不常用的導(dǎo)軌部位。

2.3 雜物磨損  機(jī)床工作過(guò)程中，除了日常保養(yǎng)以外，還要定期更換油濾，導(dǎo)軌的工況需要保證導(dǎo)軌面的干凈沒(méi)有雜質(zhì)，除了自身會(huì)氧化形成雜質(zhì)以外，潤(rùn)滑油中往往也會(huì)混入雜質(zhì)，若過(guò)濾不干凈，也會(huì)對(duì)導(dǎo)軌表面造成損傷，即保證機(jī)床的工作環(huán)境清潔也同樣重要。

2.4 機(jī)床導(dǎo)軌的剛性不足  由于工作屬性，導(dǎo)軌承受的是可變載荷，而不是靜載荷，若導(dǎo)軌剛性不足且長(zhǎng)時(shí)間工作，機(jī)床導(dǎo)軌會(huì)產(chǎn)生形變，一旦導(dǎo)軌形變，會(huì)對(duì)加工精度產(chǎn)生極大影響。

綜上可見(jiàn)，導(dǎo)致導(dǎo)軌受損的原因有多種，而目前針對(duì)導(dǎo)軌的修復(fù)研究也越來(lái)越受到重視。

3　機(jī)床導(dǎo)軌面失效常用修復(fù)方法

在機(jī)床的工作過(guò)程中，各種因素都會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)軌表面失效，影響正常生產(chǎn)，因此應(yīng)及時(shí)修復(fù)導(dǎo)軌故障。修復(fù)導(dǎo)軌表面的常見(jiàn)方法是刮擦、細(xì)刨/打磨、銅焊和塑料粘接。

3.1 刮研修復(fù)法  刮研法可修復(fù)的導(dǎo)軌類型是，未經(jīng)過(guò)淬火處理的導(dǎo)軌，這種修復(fù)方法是Z常用也是Z基本的修復(fù)方法。刮研發(fā)可修復(fù)和處理毛糙、磨損和咬傷相對(duì)較輕的導(dǎo)軌。用到的工具是刮刀以及基準(zhǔn)面量具等，減少導(dǎo)軌的表面粗糙點(diǎn)，確保導(dǎo)軌接觸面的順滑，提高機(jī)器的導(dǎo)軌精度和導(dǎo)軌的使用壽命。對(duì)導(dǎo)軌面各種不同的粗糙情況，刮研法均可以有效去除，且能夠減小殘留公差。刮擦?xí)r接觸面均勻，刮擦力小，接觸精度高，不易引起導(dǎo)軌變形。且刮研法操作簡(jiǎn)單，不會(huì)對(duì)軌道造成不必要的損傷，可靠性強(qiáng)，可操作性高，可以不受損傷位置、形狀以及大小的限制。雖然這種方法簡(jiǎn)單可靠，但其加工效率低，周期長(zhǎng)，工作強(qiáng)度大也是其很突出的缺點(diǎn)[5]。

3.2 精刨/磨削方法  精密刨削法和精密磨削法可用于修復(fù)硬化的機(jī)床導(dǎo)軌。這也是常用的修復(fù)方法之一，屬于刨削過(guò)程。精密的平面磨削方法可以有效地提高導(dǎo)軌的表面光潔度，使其達(dá)到工藝要求的公差值。使用這種方法修理導(dǎo)軌時(shí)，需要將機(jī)器從底座上卸下，這樣會(huì)導(dǎo)致回裝后使緊固的螺釘變得松動(dòng)，達(dá)不到原裝力矩，產(chǎn)生變形，Z終導(dǎo)致加工精度降低，并且，拆卸與回裝都比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力，間接增加維護(hù)成本。

3.3 噴焊  根據(jù)噴焊工藝，導(dǎo)軌的表面需要先進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度達(dá)150℃以上。之后將焊粉噴涂到粗糙面，繼續(xù)加熱，溫度達(dá)到900-1200℃以上時(shí)，焊粉融化覆蓋于導(dǎo)軌面。噴焊的弊端是對(duì)導(dǎo)軌的加熱時(shí)間長(zhǎng)，易形成熱應(yīng)力，相比于電弧焊而言更可能出現(xiàn)裂紋，且線縮產(chǎn)生裂紋的趨勢(shì)較大。裂紋的產(chǎn)生一般與加熱時(shí)間和噴焊厚度相關(guān)，即可采用噴焊修復(fù)的損傷大小有一定的限制，且焊之前需要將焊接部位清理干凈，焊接后的顏色與原導(dǎo)軌顏色有偏差，這與焊粉中的鐵、鎳含量有關(guān)。

3.4 電弧焊  采用鑄鐵焊條Z248按相應(yīng)的工藝進(jìn)行焊接和修補(bǔ)。工藝分為兩種，種：焊接前預(yù)熱至550～650℃進(jìn)行焊接修補(bǔ)，焊接后保溫5～8h。第二種：工件焊接前不預(yù)熱，焊接后保溫3～4h。這兩種方法的焊補(bǔ)質(zhì)量不易保證，容易出現(xiàn)裂紋、硬點(diǎn)，焊補(bǔ)不易進(jìn)行機(jī)械加工。電極是便宜的。與鎳基鑄鐵焊條Z308根據(jù)相應(yīng)的焊接修復(fù)過(guò)程中，加熱狀態(tài)錘技術(shù)，焊接和焊接層應(yīng)該暫停冷卻低于60℃之間，減少焊接區(qū)孔隙和裂縫，切削加工性能好，粘結(jié)強(qiáng)度高、無(wú)脫落現(xiàn)象，由于機(jī)床導(dǎo)軌的加工由吸油和電極打擊力的影響，易形成“焊接痕跡”咬邊。鎳電極含有大量的元素，焊縫區(qū)域顏色與母金屬有很大的差別，且電極價(jià)格昂貴。

3.5 釬焊修復(fù)方法  釬焊修復(fù)方法通常用于對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌表面進(jìn)行局部損壞，例如刮擦、發(fā)束和凹槽。焊接維修完成后，機(jī)械加工使導(dǎo)軌的表面滿足所需的工藝要求。傳統(tǒng)的焊接和修復(fù)技術(shù)無(wú)法完全修復(fù)機(jī)床導(dǎo)軌表面的缺陷。二次氣孔在焊接和維修過(guò)程中易產(chǎn)生工件的熱變形，且焊接和維修之間的色差較大。傳統(tǒng)的焊接修復(fù)技術(shù)通常用于修復(fù)非機(jī)加工表面或不可見(jiàn)的機(jī)加工表面。與傳統(tǒng)的焊接維修工藝相比，使用冷焊機(jī)可以顯著提高?接維修質(zhì)量。

3.6 塑料粘接方法  對(duì)于劃痕較深且損壞嚴(yán)重的機(jī)床導(dǎo)軌，可使用塑料粘接劑對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。塑料板通常由聚四氟乙烯（PTFE）制成。PTFE的摩擦系數(shù)低，潤(rùn)滑性能好，可以使機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，振動(dòng)和噪音小，且對(duì)低速蠕變有良好的效果。此外，PTFE是柔軟的，金屬碎片可以嵌入導(dǎo)軌中，不會(huì)刮擦導(dǎo)軌表面。粘接過(guò)程中，平整導(dǎo)軌磨損部位，清潔導(dǎo)軌表面，修剪塑料片使表面光滑，刮擦托架，準(zhǔn)確測(cè)量補(bǔ)償尺寸。將環(huán)氧或聚氨酯膠粘劑均勻地涂在表面上，施加壓力使其固化。Z后需要機(jī)加工和刮削。

3.7 熱噴涂法  上述幾種方法是目前導(dǎo)軌修復(fù)常用到的，但是各有利弊，還有一種修復(fù)手法叫熱噴涂法，利用氧乙炔燃燒產(chǎn)生的高溫將工程塑料融化鋪于導(dǎo)軌表面，氧乙炔不會(huì)對(duì)導(dǎo)軌產(chǎn)生熱損傷，導(dǎo)軌不易變形，在修復(fù)導(dǎo)軌損傷的同時(shí)避免對(duì)導(dǎo)軌造成二次損傷，可以真正起到延長(zhǎng)導(dǎo)軌壽命的作用。

4　結(jié)論

本文首先根據(jù)軌道工作原理及模式進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，而后針對(duì)導(dǎo)軌在日常工作中常見(jiàn)的故障以及失效形式做了一定程度的分析，并據(jù)此提出了相關(guān)的修復(fù)方法。隨著技術(shù)手段的進(jìn)步及維修理念的更新，越來(lái)越多的維修方式被發(fā)掘出來(lái)，在工業(yè)化發(fā)展迅速的當(dāng)代社會(huì)，導(dǎo)軌修復(fù)技術(shù)的進(jìn)步能幫助我們國(guó)家實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展，對(duì)于廢舊機(jī)床導(dǎo)軌進(jìn)行修復(fù)再生，避免資源的浪費(fèi)，響應(yīng)國(guó)家減耗降能的號(hào)召，具有重要意義。

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來(lái)源：《內(nèi)燃機(jī)與配件》2021年10期