机床导轨磨损的原因及采用聚乙烯层板修补方法

高秀英 ,王欢

（1.哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨 150040；2.哈尔滨工程大学，哈尔滨 150001）

1 引言

金属切削机床在经过一段时间的使用后，其机床导轨面均存在不同程度上的磨损和研伤，而支撑导轨又是被加工零件几何精度的决定因素，所以机床导轨几何精度的恢复是机械修理的关键工艺。

2 机床导轨磨损的原因

机床使用一段时间后，导轨会产生损伤，包括：（1）导轨面磨损，（2）导轨面研伤。在实际生产中往往是两种损伤同时发生。

机床导轨磨损的原因是：导轨防尘（防切屑）装置不完善，导轨滑动表面由于磨料、尘土、油污进入机床滑动面的结合部引起磨损。

导轨所承受的压力、工作台移动的速度、导轨的润滑条件、安装环境等都是影响机床导轨磨损的直接原因，其磨损量大小与导轨承受的正压力成正比。此外，导轨滑动表面加工情况和加工方法也是影响机床导轨磨损的主要因素。

图1为不同材料以及导轨表面加工情况与导轨磨损量的关系。其中每一标线的较长部分为运动材料磨损量，较短部分为静止材料磨损量，移动行程在20m 时，磨损量按平均厚度计算。

图1

由图1 可知，均为刮研与刮研配合（B）及刮研与砂轮端面磨削配合（D）的滑动导轨的耐磨性比其它几种加工配合方式优越，砂轮圆周磨削与砂轮端面磨削配合加工的导轨耐磨性能最差。

3 机床导轨研伤的主要原因

导轨面落入切屑及磨料而擦伤，还有由于工作台、滑板等相对运动的部件，其滑动面间接触不均匀，引起应力集中，压力过高，产生金属面间胶合现象。当润滑中断时，导轨温度过高而受热卡死，当工作台移动时划出研痕。造成机床移动不平稳而产生振动和爬行，影响加工工件质量。

4 对机床导轨磨损、研伤的修复

对于出现磨损和研伤的导轨必须将研伤彻底消除，否则由于受力不均，容易产生应力集中引起胶合，使研痕扩大，同时胶合产生的金属碎屑在导轨相对滑动表面形成磨料会导致新的研伤。出现磨损和研伤的导轨，通常磨损和研伤在一对配合导轨的滑动面间同时发生，一般情况下，采用去除材料法来恢复导轨精度。因为导轨副与传动机构存在封闭尺寸链要求。如：导轨与丝杠、丝母传动，导轨与蜗杆、蜗母条等，所以去除的材料必须镶装或填充材料来恢复原有尺寸链。通常采用镶装的方法来补偿。

因为导轨的磨损量与摩擦路程及单位面积上所承受的正压力成正比，机床规格决定了摩擦路程和正压力是不可改变的，所以选择镶装用的镶板时，应选择摩擦系数小的材料来减小导轨摩擦力、提高机床导轨的使用寿命。

4.1 镶板材料的选择

一般机床相互滑动的导轨硬度相差30～50HB，所以可以作为导轨镶板材料的有铸铁、钢、青铜、聚乙烯层板（加布塑料）。选择合适的导轨镶板是提高机床导轨使用寿命、减少爬行的重要因素。

表1 镶板材料机械性能对照表

式中：ΔP-导轨付静摩擦力的差数，见表1中数值；Q-阻尼系数；M-移动部件质量；K-传动装置的刚度；G-工作物重量。

根据式（1）和镶板材料的机械性得出表1。

由表1 可以看出，青铜和聚乙烯层板是制作导轨镶板的最佳材料，所以在导轨付尺寸链补充材料镶接材料应选择青铜或聚乙烯层板。但由于青铜价格昂贵，且需要镶装前加工，镶装后还需要与被镶装部件整体再加工，成本高、修理周期长。而聚乙烯层板具有很多规格可供选择，只需按需要剪切下料，不需要在镶装前后进行加工，而且材料成本低，修理周期短，是机床维修导轨时的不错选择。

4.2 聚乙烯层板（夹布塑料板）镶板粘接

4.2.1 聚乙烯层板（夹布塑料板）镶板的特点如表2 所示。

表2 聚乙烯层板（夹布塑料板）镶板的特点

表3 粘接剂配方

4.2.2 粘接方法

（1）粘前准备

（a）将支撑导轨上的研痕去掉即可，要求粗糙度Ra1.6，并记录材料去除量（去掉的厚度）h1。为封闭尺寸链补偿做准备。（b）将滑板上需要镶装的导轨，根据所选聚乙烯层板（夹布塑料板）镶板的厚度，支撑导轨的材料去除量，加工出镶板定位槽，并记录定位槽深度h2，如图2。

图2 导轨粘接

（2）粘接过程为：（a）用丙酮将镶板及滑板的粘接部分擦拭干净，将按配方配比好的粘接剂均匀涂抹在滑板的粘接部位上。（b）将滑板按照工作状态置于支撑导轨上，用压板、C 型夹头或重物压紧，静置24h 以待牢固。（c）加工油槽。平导轨可加工成井字型或十字型，V 型导轨可加工成波浪型或锯齿型。油槽加工后与支撑导轨合研、刮削聚乙烯导轨面，确保平直度和接触性能。

如图2，聚乙烯层板（夹布塑料板）镶板厚度H=支撑导轨去除量h1+滑板定位槽深度h2，s为定位槽宽。

5 聚乙烯层板（夹布塑料板）导轨的优缺点

聚乙烯层板（夹布塑料板）导轨具有以下优点：（1）减少铸铁导轨（支撑导轨）的磨损速度，保持机床精度。（2）易刮削，减少刮研的工作量，加工油槽容易。（3）聚乙烯层板有粘附金属、碎片、沙子、灰尘、磨料等硬物性能。（4）即使润滑油供应中断，摩擦导轨表面温度升高也只会烧毁聚乙烯层板，从而对铸铁导轨起到保护作用。（5）使用一定时间后，导轨副再次磨损时，可以只加工支撑导轨，将聚乙烯层板（夹布塑料板）起下来，重新选择相应厚度的聚乙烯层板，按上述方法重新粘接即可。

其缺点为：一旦粘附金属杂物维修困难，所以对防尘设施要求高。