机床导轨修复方法研究

耿建红

摘要：机床导轨是机床运动精度的基础，每个零部件以它为基准进行安装或执行运动。但在长期使用过程中由于保养不当等原因往往会产生磨损，此时需要对其进行修复，以保持机床的运动精度以及设备的完整性，确保机器能够达到教学标准。本文对机床导轨的分类、磨损原因以及修复措施进行了论述，希望对后续导轨修复起到一定参考作用。

关键词：机床导轨;磨损;修复

中图分类号：TG502.7                                文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）10-0070-02

0  引言

工业是一个国家的命脉所在，强大的工业水准才能支撑起国家的基础建设需求，机床是工业中最重要、最常用的设备，其被誉为“工作母机”。高精度机床已经成为新时期工业发展不断追求的目标之一，机床精度的高低直接反映出国家的工业水准。而机床最重要的部件就是导轨，导轨是机床运动精度的基础，零部件都以它为基准进行安装或执行运动，导轨磨损会导致机床加工精度降低影响加工质量。教学中的机床，由于导轨的磨损导致加工困难，达不到教学要求。因此，无论是对企业效益的保证，还是对学校教学质量的提高，都有必要对机床导轨磨损修复的方法进行探讨。

1  机床导轨的分类及特点

导轨副也被叫做导轨，对运动构件起到导向和支撑的作用，引导构件沿一定方向做往复运动。导轨对运动构件的运动起到一个平衡力，约束其运动方向并确保其稳定运动的作用。导轨中与机床连接不动的部分为静导轨或支撑导轨，与运动部件连接相对比较短的部分我们通常称之为动导轨，前者对后者起到支撑作用，静导轨面称为承导面。根据机床导轨的工作原理及特点，我们将其分为以下几种：滑动导轨、静压导轨、磁悬浮导轨、滚动导轨以及复合导轨等，其中我们最常见且常用到的是滑动导轨和滚动导轨[1]。

1.1 滑动导轨  滑动导轨简单可靠、抗震性能强、经济适用且制造成本低廉，是最常用的导轨结构，在机床产品中应用最为广泛。滑动导轨得益于其构造，有承载力大且刚性强的优点，对载荷较大的切削通常用这种导轨。阻尼性能好，能很好的抑制机器启停时产生的震动。目前各个国家对滑动导轨的研究越来越重视，随着科技发展，滑动导轨仍有其待挖掘之处[2]。

1.2 滚动导轨  高速数控机床则经常采用滚动导轨，滚动导轨不同于滑动导轨，它采用柱体、球体等作为滚动载体，以滚动摩擦代替滑动摩擦，减小摩擦力。由此，滚动导轨工作时没有震动现象，即使是低速工作，也不会产生“爬行”现象。工作时，导轨发热现象较轻，使用寿命更久。基于以上优点，滚动导轨可以以比较低的成本进行专业生产，目前有关滚动导轨的研发趋势也朝向模块化、集成化以及低噪音的方向发展。

1.3 静压导轨  静压导轨的工作原理就是将润滑油通过节流器流入导轨面上，形成油膜，将动导轨与静导轨隔离开，当动导轨加以负载时，油液膜变薄，将油液通过封边不断挤压回油箱，同时回油间隙也变薄，阻力变大，邮箱压力也变大，可以平衡内外压差，静压导轨能避免动静导轨之间的磨耗，同时加工精度也远超滚动导轨和滑动导轨[3]。

1.4 磁悬浮导轨  磁悬浮导轨是利用磁场力将导轨抬升的技术，相比于前三种，磁悬浮导轨能够实现超精密、超高速的加工要求，是未来机床的理想状态。

2  机床导轨面常见失效形式及原因分析

在机床加工过程中，除了支撑活动部件外，导轨还必须确保活动部件可以在外力作用下沿给定的方向精确地线性移动。因此，导轨需要满足一定的引导精度、运动过程中的轻便性和稳定性、足够的刚度、良好的耐磨性、受温度变化的影响小以及结构可制造性的要求。

导轨是机床的必要部分，如果导轨出现磨损等问题，机床的精度将受到很大影响以致不能工作，这种状态称之为故障。导轨常见的故障有磨损、表面压痕、划痕、疲劳、生锈、断裂和烧伤等。其中表面压痕是由于加工载荷过大而造成的，加工载荷大于导轨承受能力就会造成压痕损伤;划痕则是由于导轨中落入颗粒物，导致在工作过程中碾压过硬颗粒而形成的损伤;疲劳损伤是机床导轨的使用寿命超过极限，且工作人员疏于保养，导致在载荷较大的工作中受损，产生导轨面剥离的现象;生锈则是金属导轨面长时间不工作且保养间隔过久，而加工过程中产生的碎屑，油污等腐蚀性液体或者由于空气湿度较大，从而造成导轨面生成腐蚀物而造成的损伤。断裂一般是由于导轨质量差，所用材料耐磨性低，工作中的载荷又较大，难以承受而造成的损伤;烧伤一般是由于加工负荷大，润滑条件不达标，过度摩擦生热引起导轨表面颜色变化的现象。

导轨的损伤会严重影响机床加工质量，加工精度不达标或出现残次品，严重影响企业生产效率、生产质量以及教学质量，使用过程中也存在安全隐患，后期维修也会耗费大量的人力物力财力，往往需要一定的时间才能完全修复，因此需要引起重视。导致磨损的原因可以细分为以下几种：

2.1 润滑不良  边界润滑是导轨最常用的润滑方法，就是在导轨表面注油使其表面形成一层致密油膜，该油膜会吸附在摩擦面上，从而大大降低了摩擦面的摩擦系数。然而随着导轨运行时间的增加，油路会被阻塞或无法及时供应，这将导致局部干摩擦。干摩擦的阻力远远大于有油膜的情况，不久就会使轨道产生损伤[4]。

2.2 氧化磨损  部分机床或机床的部分部位，不经常使用，如果疏于保养及维护，那么导轨表面长时间暴露在空气中，会发生氧化反应，形成氧化物杂质，之后再启用该导轨，会使氧化物脱落，导轨在往复运动中不断摩擦这些杂质，形成损伤，这种损伤常見于不常用的导轨部位。

2.3 雜物磨损  机床工作过程中，除了日常保养以外，还要定期更换油滤，导轨的工况需要保证导轨面的干净没有杂质，除了自身会氧化形成杂质以外，润滑油中往往也会混入杂质，若过滤不干净，也会对导轨表面造成损伤，即保证机床的工作环境清洁也同样重要。

2.4 机床导轨的刚性不足  由于工作属性，导轨承受的是可变载荷，而不是静载荷，若导轨刚性不足且长时间工作，机床导轨会产生形变，一旦导轨形变，会对加工精度产生极大影响。

综上可见，导致导轨受损的原因有多种，而目前针对导轨的修复研究也越来越受到重视。

3  机床导轨面失效常用修复方法

在机床的工作过程中，各种因素都会导致导轨表面失效，影响正常生产，因此应及时修复导轨故障。修复导轨表面的常见方法是刮擦、细刨/打磨、铜焊和塑料粘接。

3.1 刮研修复法  刮研法可修复的导轨类型是，未经过淬火处理的导轨，这种修复方法是最常用也是最基本的修复方法。刮研发可修复和处理毛糙、磨损和咬伤相对较轻的导轨。用到的工具是刮刀以及基准面量具等，减少导轨的表面粗糙点，确保导轨接触面的顺滑，提高机器的导轨精度和导轨的使用寿命。对导轨面各种不同的粗糙情况，刮研法均可以有效去除，且能够减小残留公差。刮擦时接触面均匀，刮擦力小，接触精度高，不易引起导轨变形。且刮研法操作简单，不会对轨道造成不必要的损伤，可靠性强，可操作性高，可以不受损伤位置、形状以及大小的限制。虽然这种方法简单可靠，但其加工效率低，周期长，工作强度大也是其很突出的缺点[5]。

3.2 精刨/磨削方法  精密刨削法和精密磨削法可用于修复硬化的机床导轨。这也是常用的修复方法之一，属于刨削过程。精密的平面磨削方法可以有效地提高导轨的表面光洁度，使其达到工艺要求的公差值。使用这种方法修理导轨时，需要将机器从底座上卸下，这样会导致回装后使紧固的螺钉变得松动，达不到原装力矩，产生变形，最终导致加工精度降低，并且，拆卸与回装都比较费时费力，间接增加维护成本。

3.3 喷焊  根据喷焊工艺，导轨的表面需要先进行预热，预热温度达150℃以上。之后将焊粉喷涂到粗糙面，继续加热，温度达到900-1200℃以上时，焊粉融化覆盖于导轨面。喷焊的弊端是对导轨的加热时间长，易形成热应力，相比于电弧焊而言更可能出现裂纹，且线缩产生裂纹的趋势较大。裂纹的产生一般与加热时间和喷焊厚度相关，即可采用喷焊修复的损伤大小有一定的限制，且焊之前需要将焊接部位清理干净，焊接后的颜色与原导轨颜色有偏差，这与焊粉中的铁、镍含量有关。

3.4 电弧焊  采用铸铁焊条Z248按相应的工艺进行焊接和修补。工艺分为两种，第一种：焊接前预热至550～650℃进行焊接修补，焊接后保温5～8h。第二种：工件焊接前不预热，焊接后保温3～4h。这两种方法的焊补质量不易保证，容易出现裂纹、硬点，焊补不易进行机械加工。电极是便宜的。与镍基铸铁焊条Z308根据相应的焊接修复过程中，加热状态锤技术，焊接和焊接层应该暂停冷却低于60℃之间，减少焊接区孔隙和裂缝，切削加工性能好，粘结强度高、无脱落现象，由于机床导轨的加工由吸油和电极打击力的影响，易形成“焊接痕迹”咬边。镍电极含有大量的元素，焊缝区域颜色与母金属有很大的差别，且电极价格昂贵。

3.5 钎焊修复方法  钎焊修复方法通常用于对机床导轨表面进行局部损坏，例如刮擦、发束和凹槽。焊接维修完成后，机械加工使导轨的表面满足所需的工艺要求。传统的焊接和修复技术无法完全修复机床导轨表面的缺陷。二次气孔在焊接和维修过程中易产生工件的热变形，且焊接和维修之间的色差较大。传统的焊接修复技术通常用于修复非机加工表面或不可见的机加工表面。与传统的焊接维修工艺相比，使用冷焊机可以显着提高焊接维修质量。

3.6 塑料粘接方法  对于划痕较深且损坏严重的机床导轨，可使用塑料粘接剂对其进行修复。塑料板通常由聚四氟乙烯（PTFE）制成。PTFE的摩擦系数低，润滑性能好，可以使机器运转平稳，振动和噪音小，且对低速蠕变有良好的效果。此外，PTFE是柔软的，金属碎片可以嵌入导轨中，不会刮擦导轨表面。粘接过程中，平整导轨磨损部位，清洁导轨表面，修剪塑料片使表面光滑，刮擦托架，准确测量补偿尺寸。将环氧或聚氨酯胶粘剂均匀地涂在表面上，施加压力使其固化。最后需要机加工和刮削。

3.7 热喷涂法  上述几种方法是目前导轨修复常用到的，但是各有利弊，还有一种修复手法叫热喷涂法，利用氧乙炔燃烧产生的高温将工程塑料融化铺于导轨表面，氧乙炔不会对导轨产生热损伤，导轨不易变形，在修复导轨损伤的同时避免对导轨造成二次损伤，可以真正起到延长导轨寿命的作用。

4  结论

本文首先根据轨道工作原理及模式进行了简单介绍，而后针对导轨在日常工作中常见的故障以及失效形式做了一定程度的分析，并据此提出了相关的修复方法。随着技术手段的进步及维修理念的更新，越来越多的维修方式被发掘出来，在工业化发展迅速的当代社会，导轨修复技术的进步能帮助我们国家实现可持续性发展，对于废旧机床导轨进行修复再生，避免资源的浪费，响应国家减耗降能的号召，具有重要意义。

参考文献：

[1]赵磊，王超.常见机床导轨的失效形式及修复技术[J].现代制造技术与装备，2019（12）：157-158.

[2]王超.机床滑动导轨常见磨损问题及修复浅析[J].现代制造技术与装备，2019（04）：177，179.

[3]佚名.机床导轨磨损等缺陷的几种修复方法[J].中国设备工程，2018（07）：22-23.

[4]高沛，吴维梁.车床导轨修磨技术的研究与开发[J].机械管理开发，2020，35（10）：92-93.

[5]顾彬，赵健.机床导轨的设计制造与修护保养[J].科技创新与应用，2017（07）：144.