异形静压导轨损伤修复

周紫阳

（中信重工机械股份有限公司，河南洛阳 471039）

0 引言

BVT12500 数控立车是高端、高精度数控装备，采用双圈独立油兜式静压导轨设计。为更好保护油兜，在每个静压油兜的液压系统中设置压力检测元件，以保证导轨油膜刚度的一致性，工作台增加静压定心轴承以提高精度。该设备是公司的重点关键设备，生产任务非常饱满，长时间的不平衡载荷、不稳定的切削振动和工作台自身的受力形变，造成工作台支撑静压油兜和中心静压轴承严重研伤，导致设备无法正常使用，严重影响公司关键产品的生产进度。因此最快、最可靠且性价比高的修复方式是这次课题需要研究的内容。

1 课题分析

BVT12500 数控双柱立车工作台底座共有24 个静压油兜，6800 mm 直径上有16 个，3500 mm 表面直径上有8 个，通过油兜腔中的静压油使回转工作台浮起。中心静压轴承是保证工作台旋转精度的主要部件，这种静压轴承由定心套筒和定心轴两部分组成，定心轴四周均布4 个油腔，通过静压泵组的供油形成刚性油膜，保证工作台旋转精度。技术参数如下：

（1）静压油兜精度。平行度允差0.005 mm，平面度允差0.005 mm，粗糙度Ra0.08。

（2）静压轴承精度。定心套筒、定心轴配合单边间隙0.10±0.015 mm，配合面修复后粗糙度Ra0.08。

受损的静压轴承直径为735 mm，表面粗糙度Ra0.8，修复其受损部位，现有的机床设备均能保证其尺寸及粗糙度。尺寸精度要求在0.005 mm，虽然高精度机床加工较为困难，但辅助人工研磨精度完全可以实现。

2 方案确定

根据该设备工作台的使用精度要求，查阅相关资料，分析以往设备修理经验，拟有3 种修复工作方案。

（1）方案一。从原机床生产厂家直接采购原装备件，备件质量可靠，配套完善，修复后故障复发概率最低。但维修成本高（约44 万元），周期长（3 个月）。生产部门无法接受。

（2）方案二。根据油兜的加工精度进行修复。缩小目前研伤的定心轴直径，去除研痕。对于相配合的静压轴承定心套筒，采用加大内孔直径然后内镶薄壁套方式，修复配合系统。此法工艺简单、工期短、费用低。缺点是去除研痕，直接缩小定心轴直径，相当于减小静压面积，在一定范围内会大大影响工作台承载能力和加工精度。故也不可取。

（3）方案三。根据油兜的加工精度进行修复。将定心轴外圆尺寸减小并去除研痕，表面喷涂再加工。静压轴承定心套筒采用加大内孔直径，然后内镶薄壁套恢复。优点是定心轴去除研痕后，直径虽然会缩小约4 mm，但采用金属合金喷涂技术进行表面喷涂，就能恢复定心轴的原始尺寸，喷涂后表面也能进行机械加工，恢复定心轴表面油腔和工艺加工精度完全没有问题。难点在于目前定心轴研痕深度已经在1.5 mm 左右，喷涂前需要进行表面加工去除深沟。这样要恢复到原始直径，喷涂单边厚度要达到2 mm，对于已达到喷涂厚度极限的工艺过程不好控制。只要解决这个难点，此方案即完美可行。

3 方案实施

3.1 恢复静压油兜

利用高精密铣床加工，然后再人工研磨，质量控制：平面度0.005 mm、平行度0.005 mm、厚度允差0.008 mm。修复过程如下：

（1）确定油兜修复厚度。油兜表面要去除研痕，其厚度必定要减小，油腔深度也要减小。计算得出如下数据：油兜厚度减小量Δt=t1-t，其中，t1是原始厚度，t 是油兜修复后的厚度；测量上工作台能向下的最大尺寸量h，当Δt≤h 时，油兜才能修复，如果Δt＞h，则旧油兜不能修复，必须购买新的。

（2）在龙门铣上加工油兜，保证上表面平面度允差0.01 mm，必要时加工油腔深度。同圈油兜厚度允差0.01 mm。

（3）油兜底面用金刚砂在高精度铸铁平板上对研，提高底面的平面度和粗糙度。油兜底面与工作台底座导轨对研，保证接触≥95%，0.02 mm 塞尺塞不进去。

3.2 定心套筒

加大内孔直径，镶嵌薄壁套恢复到原尺寸精度，尺寸允差0.01 mm、圆柱度0.006 mm、粗糙度Ra0.08。由于定心套筒及定心轴承均有损伤，考虑到定心轴承修理后外径尺寸要减小，定心套筒修理后内径尺寸要增大。因此在修理过程中将定心套筒的内孔尺寸加大20 mm，然后镶嵌环套，环套要求外径与定心套筒车削后内孔过盈0.2 mm，内孔留量5 mm，用来保证内孔的加工量及外圆的结合强度。修复过程如下：

（1）环套与定心套筒采用液氮冷却的方式进行安装，安装时确保液氮完全浸没环套。

（2）安装完成后先用车床进行内孔的留量车削，内孔留量单边在0.3 mm。

（3）最后用磨床找正外圆同轴度后，磨削内孔至要求尺寸。

3.3 定心轴

利用热喷涂恢复定心轴原始尺寸并进行加工，圆柱度0.08 mm、平行度0.01 mm、垂直度0.01 mm。由于定心轴承外径的静压腔体损坏，需要加工外径尺寸直至研伤消除。由于车削量较大（单边3 mm 左右），对结构存在影响，因此考虑车削后采用金属复合陶瓷热喷涂工艺来修复出一定的外径尺寸。

定心轴的修复是该机床修复工作关键环节，它采用的金属复合陶瓷热喷涂，中间控制环节复杂，对喷涂基体粗糙度及厚度的控制、喷涂过程中环境的控制、定心轴油腔及油孔的保护，以及喷涂后能够进行机械加工均有严格加工要求。只有掌握好上述每个环节，才能切实保证整个修复工作顺利进行。修复过程如下：

（1）以定位端口打表找正，跳动在0.02 mm 以内，车削外径，直至研伤部分全部消除。

（2）使用数控龙门铣床加工出定心轴承静压腔体的深度。

（3）保护静压腔体部分，对其余部分进行热喷涂。增大外圆直径，喷涂厚度不能超过3 mm，喷涂表面要均匀致密、无裂纹、气孔和起皮等现象。

（4）以正定位端口打表找正，跳动在0.02 mm 以内，磨削定心轴承外径尺寸至要求尺寸，保证静压轴承的配合间隙。

4 确认效果

经过以上修复工作，BVT12500 数控双柱立车工作台功能恢复，工作台浮起量0.10～0.15 mm、端跳允差0.06 mm、径跳允差0.05 mm。简化加工工艺，节约时间，合计节约资金将近43.96 万元。