機床導(dǎo)軌修復(fù)方法研究

耿建紅

摘要：機床導(dǎo)軌是機床運動精度的基礎(chǔ)，每個零部件以它為基準(zhǔn)進行安裝或執(zhí)行運動。但在長期使用過程中由于保養(yǎng)不當(dāng)?shù)仍蛲鶗a(chǎn)生磨損，此時需要對其進行修復(fù)，以保持機床的運動精度以及設(shè)備的完整性，確保機器能夠達到教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。本文對機床導(dǎo)軌的分類、磨損原因以及修復(fù)措施進行了論述，希望對后續(xù)導(dǎo)軌修復(fù)起到一定參考作用。

關(guān)鍵詞：機床導(dǎo)軌;磨損;修復(fù)

中圖分類號：TG502.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）10-0070-02

0? 引言

工業(yè)是一個國家的命脈所在，強大的工業(yè)水準(zhǔn)才能支撐起國家的基礎(chǔ)建設(shè)需求，機床是工業(yè)中最重要、最常用的設(shè)備，其被譽為“工作母機”。高精度機床已經(jīng)成為新時期工業(yè)發(fā)展不斷追求的目標(biāo)之一，機床精度的高低直接反映出國家的工業(yè)水準(zhǔn)。而機床最重要的部件就是導(dǎo)軌，導(dǎo)軌是機床運動精度的基礎(chǔ)，零部件都以它為基準(zhǔn)進行安裝或執(zhí)行運動，導(dǎo)軌磨損會導(dǎo)致機床加工精度降低影響加工質(zhì)量。教學(xué)中的機床，由于導(dǎo)軌的磨損導(dǎo)致加工困難，達不到教學(xué)要求。因此，無論是對企業(yè)效益的保證，還是對學(xué)校教學(xué)質(zhì)量的提高，都有必要對機床導(dǎo)軌磨損修復(fù)的方法進行探討。

1? 機床導(dǎo)軌的分類及特點

導(dǎo)軌副也被叫做導(dǎo)軌，對運動構(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)運動。導(dǎo)軌對運動構(gòu)件的運動起到一個平衡力，約束其運動方向并確保其穩(wěn)定運動的作用。導(dǎo)軌中與機床連接不動的部分為靜導(dǎo)軌或支撐導(dǎo)軌，與運動部件連接相對比較短的部分我們通常稱之為動導(dǎo)軌，前者對后者起到支撐作用，靜導(dǎo)軌面稱為承導(dǎo)面。根據(jù)機床導(dǎo)軌的工作原理及特點，我們將其分為以下幾種：滑動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、磁懸浮導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌以及復(fù)合導(dǎo)軌等，其中我們最常見且常用到的是滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌[1]。

1.1 滑動導(dǎo)軌? 滑動導(dǎo)軌簡單可靠、抗震性能強、經(jīng)濟適用且制造成本低廉，是最常用的導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，在機床產(chǎn)品中應(yīng)用最為廣泛?；瑒訉?dǎo)軌得益于其構(gòu)造，有承載力大且剛性強的優(yōu)點，對載荷較大的切削通常用這種導(dǎo)軌。阻尼性能好，能很好的抑制機器啟停時產(chǎn)生的震動。目前各個國家對滑動導(dǎo)軌的研究越來越重視，隨著科技發(fā)展，滑動導(dǎo)軌仍有其待挖掘之處[2]。

1.2 滾動導(dǎo)軌? 高速數(shù)控機床則經(jīng)常采用滾動導(dǎo)軌，滾動導(dǎo)軌不同于滑動導(dǎo)軌，它采用柱體、球體等作為滾動載體，以滾動摩擦代替滑動摩擦，減小摩擦力。由此，滾動導(dǎo)軌工作時沒有震動現(xiàn)象，即使是低速工作，也不會產(chǎn)生“爬行”現(xiàn)象。工作時，導(dǎo)軌發(fā)熱現(xiàn)象較輕，使用壽命更久?；谝陨蟽?yōu)點，滾動導(dǎo)軌可以以比較低的成本進行專業(yè)生產(chǎn)，目前有關(guān)滾動導(dǎo)軌的研發(fā)趨勢也朝向模塊化、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滑油通過節(jié)流器流入導(dǎo)軌面上，形成油膜，將動導(dǎo)軌與靜導(dǎo)軌隔離開，當(dāng)動導(dǎo)軌加以負載時，油液膜變薄，將油液通過封邊不斷擠壓回油箱，同時回油間隙也變薄，阻力變大，郵箱壓力也變大，可以平衡內(nèi)外壓差，靜壓導(dǎo)軌能避免動靜導(dǎo)軌之間的磨耗，同時加工精度也遠超滾動導(dǎo)軌和滑動導(dǎo)軌[3]。

1.4 磁懸浮導(dǎo)軌? 磁懸浮導(dǎo)軌是利用磁場力將導(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，是未來機床的理想狀態(tài)。

2? 機床導(dǎo)軌面常見失效形式及原因分析

在機床加工過程中，除了支撐活動部件外，導(dǎo)軌還必須確?；顒硬考梢栽谕饬ψ饔孟卵亟o定的方向精確地線性移動。因此，導(dǎo)軌需要滿足一定的引導(dǎo)精度、運動過程中的輕便性和穩(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)軌是機床的必要部分，如果導(dǎo)軌出現(xiàn)磨損等問題，機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大而造成的，加工載荷大于導(dǎo)軌承受能力就會造成壓痕損傷;劃痕則是由于導(dǎo)軌中落入顆粒物，導(dǎo)致在工作過程中碾壓過硬顆粒而形成的損傷;疲勞損傷是機床導(dǎo)軌的使用壽命超過極限，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)軌面長時間不工作且保養(yǎng)間隔過久，而加工過程中產(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荷大，潤滑條件不達標(biāo)，過度摩擦生熱引起導(dǎo)軌表面顏色變化的現(xiàn)象。

導(dǎo)軌的損傷會嚴(yán)重影響機床加工質(zhì)量，加工精度不達標(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，使用過程中也存在安全隱患，后期維修也會耗費大量的人力物力財力，往往需要一定的時間才能完全修復(fù)，因此需要引起重視。導(dǎo)致磨損的原因可以細分為以下幾種：

2.1 潤滑不良? 邊界潤滑是導(dǎo)軌最常用的潤滑方法，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)軌運行時間的增加，油路會被阻塞或無法及時供應(yīng)，這將導(dǎo)致局部干摩擦。干摩擦的阻力遠遠大于有油膜的情況，不久就會使軌道產(chǎn)生損傷[4]。

2.2 氧化磨損? 部分機床或機床的部分部位，不經(jīng)常使用，如果疏于保養(yǎng)及維護，那么導(dǎo)軌表面長時間暴露在空氣中，會發(fā)生氧化反應(yīng)，形成氧化物雜質(zhì)，之后再啟用該導(dǎo)軌，會使氧化物脫落，導(dǎo)軌在往復(fù)運動中不斷摩擦這些雜質(zhì)，形成損傷，這種損傷常見于不常用的導(dǎo)軌部位。

2.3 雜物磨損? 機床工作過程中，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)軌面的干凈沒有雜質(zhì)，除了自身會氧化形成雜質(zhì)以外，潤滑油中往往也會混入雜質(zhì)，若過濾不干凈，也會對導(dǎo)軌表面造成損傷，即保證機床的工作環(huán)境清潔也同樣重要。

2.4 機床導(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)軌剛性不足且長時間工作，機床導(dǎo)軌會產(chǎn)生形變，一旦導(dǎo)軌形變，會對加工精度產(chǎn)生極大影響。

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

3? 機床導(dǎo)軌面失效常用修復(fù)方法

在機床的工作過程中，各種因素都會導(dǎo)致導(dǎo)軌表面失效，影響正常生產(chǎn)，因此應(yīng)及時修復(fù)導(dǎo)軌故障。修復(fù)導(dǎo)軌表面的常見方法是刮擦、細刨/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)過淬火處理的導(dǎo)軌，這種修復(fù)方法是最常用也是最基本的修復(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，確保導(dǎo)軌接觸面的順滑，提高機器的導(dǎo)軌精度和導(dǎo)軌的使用壽命。對導(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。且刮研法操作簡單，不會對軌道造成不必要的損傷，可靠性強，可操作性高，可以不受損傷位置、形狀以及大小的限制。雖然這種方法簡單可靠，但其加工效率低，周期長，工作強度大也是其很突出的缺點[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)硬化的機床導(dǎo)軌。這也是常用的修復(fù)方法之一，屬于刨削過程。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，使其達到工藝要求的公差值。使用這種方法修理導(dǎo)軌時，需要將機器從底座上卸下，這樣會導(dǎo)致回裝后使緊固的螺釘變得松動，達不到原裝力矩，產(chǎn)生變形，最終導(dǎo)致加工精度降低，并且，拆卸與回裝都比較費時費力，間接增加維護成本。

3.3 噴焊? 根據(jù)噴焊工藝，導(dǎo)軌的表面需要先進行預(yù)熱，預(yù)熱溫度達150℃以上。之后將焊粉噴涂到粗糙面，繼續(xù)加熱，溫度達到900-1200℃以上時，焊粉融化覆蓋于導(dǎo)軌面。噴焊的弊端是對導(dǎo)軌的加熱時間長，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)生裂紋的趨勢較大。裂紋的產(chǎn)生一般與加熱時間和噴焊厚度相關(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)的工藝進行焊接和修補。工藝分為兩種，第一種：焊接前預(yù)熱至550～650℃進行焊接修補，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。這兩種方法的焊補質(zhì)量不易保證，容易出現(xiàn)裂紋、硬點，焊補不易進行機械加工。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)強度高、無脫落現(xiàn)象，由于機床導(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，且電極價格昂貴。

3.5 釬焊修復(fù)方法? 釬焊修復(fù)方法通常用于對機床導(dǎo)軌表面進行局部損壞，例如刮擦、發(fā)束和凹槽。焊接維修完成后，機械加工使導(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)無法完全修復(fù)機床導(dǎo)軌表面的缺陷。二次氣孔在焊接和維修過程中易產(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)非機加工表面或不可見的機加工表面。與傳統(tǒng)的焊接維修工藝相比，使用冷焊機可以顯著提高焊接維修質(zhì)量。

3.6 塑料粘接方法? 對于劃痕較深且損壞嚴(yán)重的機床導(dǎo)軌，可使用塑料粘接劑對其進行修復(fù)。塑料板通常由聚四氟乙烯（PTFE）制成。PTFE的摩擦系數(shù)低，潤滑性能好，可以使機器運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，振動和噪音小，且對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，不會刮擦導(dǎo)軌表面。粘接過程中，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)確測量補償尺寸。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。最后需要機加工和刮削。

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，氧乙炔不會對導(dǎo)軌產(chǎn)生熱損傷，導(dǎo)軌不易變形，在修復(fù)導(dǎo)軌損傷的同時避免對導(dǎo)軌造成二次損傷，可以真正起到延長導(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行了簡單介紹，而后針對導(dǎo)軌在日常工作中常見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)手段的進步及維修理念的更新，越來越多的維修方式被發(fā)掘出來，在工業(yè)化發(fā)展迅速的當(dāng)代社會，導(dǎo)軌修復(fù)技術(shù)的進步能幫助我們國家實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展，對于廢舊機床導(dǎo)軌進行修復(fù)再生，避免資源的浪費，響應(yīng)國家減耗降能的號召，具有重要意義。

參考文獻：

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[3]佚名.機床導(dǎo)軌磨損等缺陷的幾種修復(fù)方法[J].中國設(shè)備工程，2018（07）：22-23.

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[5]顧彬，趙健.機床導(dǎo)軌的設(shè)計制造與修護保養(yǎng)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（07）：144.