數控機床滾滑復合導軌磨損修復與精度調試方法
2023-1-5 來源： 昌河飛機工業（集團）有限責任公司 作者：呂 輝
摘要 : 探討數控機床導軌在實際維修過程中，滾滑導軌的磨損修復及精度調整方法。
關鍵詞 : 滾滑復合導軌 ; 磨損修復 ; 精度調試 ; 維修
隨著數控機床的發展，應對高速重載工作條件的能力越來越受到重視。傳統的滾動導軌和滑動導軌由于自身特性，不能獨立應對這樣的工作條件，因此產生了以滾動與滑動相結合的復合導軌。為使導軌系統達到誤差相互補償的效果，根據機床的載荷特點，采用滾滑復合導軌，即滾動導軌單元與貼塑導軌并用的方法。其優點是摩擦因數較小，具有低慣性和高速響應性能，運動輕便靈活，低速運動平穩性好，位移精度和定位精度高。但即使是滾滑導軌的組合形式，依然會存在疲勞磨損現象。如何修復數控機床滾滑復合導軌磨損是設備維修中的一大難題。
1. 滾滑復合導軌工作原理及故障分析
由桂林機床股份有限公司生產的 XH2312 型三坐標龍門加工中心，采用由滾動導軌與貼塑滑動導軌相結合的滾滑復合導軌（見圖 1）。在鑄鐵矩形導軌面內側鑲嵌鋼條，搭配直線循環滾子軸承，實現滾動摩擦，從而減小摩擦力，使工作臺以滑動摩擦與滾動摩擦相結合的形式在導軌上移動。鑲鋼條是合金鋼淬硬后進行磨削得到的，硬度在 60HRC 以上，鋼條表面存在淬火層，在一定的磨損量之后，淬火層出現大量裂紋，機床工作臺出現遲滯、爬行現象，需及時更換滾動導軌鑲鋼條與滑動導軌軟帶，并保證其各個平面的精度。
圖 1 滾滑復合導軌
2. 滾動導軌鑲鋼條更換
在拆卸機床外圍防護罩及工作臺導軌防護罩之后，鑄鐵導軌兩邊內側皆鑲嵌一條鋼導軌，每條鋼導軌由 10 根鋼條拼接而成，用螺絲固定在鑄鐵底座上，螺絲孔則被銅堵頭堵住。要拆卸鋼條，首先要將銅堵頭拔出來，拆卸銅堵頭的步驟分為 : ①在銅堵頭中心的位置鉆一個 ø5mm 的中心孔。②用 ø6mm 的絲錐在鉆好的孔上攻螺紋。③將螺紋銷擰進攻好的螺紋中，使用拔銷器慢慢地將銅堵頭往外拉。使用以上方法，重復不斷地將兩側鑲鋼軌條上的堵頭拆下來，每根含 12 個堵頭，一共240 個堵頭。堵頭拆掉之后，可以通過內六角螺母將緊固導軌的螺釘松掉，將鋼條全部取出。拆卸下來的導軌鋼條，其表面存在大量的裂紋，此裂紋為鋼條淬火熱處理過程中形成的滲氮層，由于長期受力影響導致的疲勞破裂，對導軌的使用有一定的影響。
3. 滑動導軌軟帶更換
工作臺與鑄鐵導軌以滑動摩擦的形式移動，在工作臺與鑄鐵導軌之間有一層導軌軟帶，作為滑動摩擦的介質。工作臺與導軌的貼合面需要進行刮研，并安裝新的導軌軟帶。拆卸舊的導軌軟帶，將工作臺背面 3 個平面刮研達到相應精度后，使用特殊的膠水安裝導軌軟帶。同時，檢查工作臺背面 4 個角上的直線滾子軸承，通過仔細檢查發現 4 個直線滾子軸承狀態良好，在進行充分潤滑保養后重新安裝。
4. 滾滑組合導軌面的精度保證
機床的滾滑復合導軌面是設備出廠前經過大型導軌磨一次性加工而成。更換的鑲鋼條在安裝后需對復合導軌面再進行一次磨削才能滿足導軌使用精度要求。由于條件限制，我們并沒有使用導軌磨等大型設備對更換后的復合導軌面進行一次性加工，轉而采用修、磨、研及配等方式對鋼條及鑄鐵導軌面進行調整，最終保證新更換的鑲鋼條與鑄鐵導軌平面度誤差＜ 0.01mm。（1）測量各位置鑲鋼條安裝槽的深度尺寸由于滾滑復合導軌表面為整體加工成形，因此鋼條安裝時的安裝槽深度并不規則，利用深度尺依次測量槽深，并取數值 16.50mm 作為參考，可直觀看出左、右 2 條鑲鋼槽的深度變化（見表 1）。
表 1 左、右 2 條鑲鋼槽的深度變化 （單位 :mm）
圖 2 左側鑲鋼槽深度
圖 3 右側鑲鋼條深度
由圖 2、圖 3 可以看出，左、右 2 條鑲鋼槽平面的大致形狀及最低深度。可見，鑲鋼條的導軌槽并不是精度很高的平面，鋼條鑲嵌完成后，需再進行一次整體磨削，從而保證滾滑導軌面的平面度。
（2） 鑲鋼導軌槽、鑄鐵導軌及工作臺背部貼合面的刮研 在無法使用大型導軌磨等設備的時候，如何保證新安裝的鑲鋼條表面與鑄鐵導軌表面在同一水平面，困擾我們多時。若按照鑲鋼槽不規則深度進行配比，研磨鋼條使每根鋼條達到與每個槽前后深度數值一樣，而保證鑲鋼導軌面與鑄鐵導軌面平面精度＜ 0.01mm，此方法不僅工作量非常大，而且也無法保證導軌面的精度。因此，最終我們決定對鑲鋼槽進行人工刮研，保證每一條鋼槽的底面平面度誤差＜ 0.01mm。
由圖2、圖3可看出，左、右兩條鑲鋼槽的最低深度都接近 16.90mm，刮研鑲鋼槽則以16.90mm 數值為標準，要求刮研后 2 條鑲鋼槽的平面精度≤ 0.01mm。
同時，要保證鑲鋼槽與鑄鐵導軌表面的平行度，鑄鐵導軌也需要進行研磨修配，此鑄鐵導軌為組合矩形導軌，因此矩形導軌的上面、側面和底面 3 個外表面也需要同時進行刮研、研磨，以保證導軌的垂直度、平行度等誤差。刮研后，所有刮研的平面需保證平面度誤差在 0.01mm 以內 ; 鑲鋼導軌槽與輔助導軌上平面需保證平行，平行度誤差在 0.02mm 以內 ; 輔助導軌上平面與下平面需保證平行，平行度誤差在 0.02mm以內 ; 工作臺與導軌貼合的 3 個面平行度誤差保證在 0.02mm 以內 ; 工作臺在 XY 平面內 X 方向的直線度保證在 0.02mm 以內。
（3） 鑲鋼條的修磨及安裝 經過測量，新的鋼條厚度標準為 17.00mm，誤差在 ±0.1mm以內，需經過平面磨床進行加工，從而得到厚度一致的鑲鋼條。依據鑲鋼槽的刮研標準，鋼條厚度需保證在 16.90mm，精度保證在±0.005mm 以內。當鑲鋼導軌高于鑄鐵導軌較多時，工作臺全部的載荷落于鋼導軌上，易損壞工作臺背面的直線循環滾子軸承，鋼導軌表面易劃傷、破損 ; 當鑲鋼導軌低于鑄鐵導軌時，則主要受力為滑動摩擦，此時滾子軸承無法起到減小摩擦力、提升運動性能的作用。經過修磨后的鋼
條安裝在導軌槽內之后，經測量，整個復合導軌面的平面精度保證在 0.01mm 以內。
5. 結語
導軌作為重型數控機床的核心部件 , 其力學性能影響著機床的精度和精度保持性。然而傳統的滑動導軌或滾動導軌均不能很好的滿足重型機床在大負載重切削條件下的性能要求。滾滑復合導軌作為一種新型導軌結合了滾動導軌和滑動導軌的優點 , 能夠使得重型數控機床獲得較大的承載能力和優良的動力學性能。因此 , 研究滾滑復合導軌的結構及其動態特性對提高我國高檔重型數控機床整體性能意義重大。
通過刮研、研磨、調配及更換等實現導軌磨損的修復及精度保證，使得因磨損導致的工作臺遲滯、爬行現象得到有效解決，為各類機床滾滑復合導軌的修復提供經驗借鑒。實踐表明，滾滑復合導軌的使用，不但提高了機床的精度，同時也提高了機床的抗振性。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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