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數(shù)控機(jī)床滾滑復(fù)合導(dǎo)軌磨損修復(fù)與精度調(diào)試方法

2023-1-5 來源：昌河飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司作者：呂輝

摘要 : 探討數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌在實(shí)際維修過程中，滾滑導(dǎo)軌的磨損修復(fù)及精度調(diào)整方法。

關(guān)鍵詞 : 滾滑復(fù)合導(dǎo)軌 ; 磨損修復(fù) ; 精度調(diào)試 ; 維修

隨著數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，應(yīng)對(duì)高速重載工作條件的能力越來越受到重視。傳統(tǒng)的滾動(dòng)導(dǎo)軌和滑動(dòng)導(dǎo)軌由于自身特性，不能獨(dú)立應(yīng)對(duì)這樣的工作條件，因此產(chǎn)生了以滾動(dòng)與滑動(dòng)相結(jié)合的復(fù)合導(dǎo)軌。為使導(dǎo)軌系統(tǒng)達(dá)到誤差相互補(bǔ)償?shù)男Ч?/font>據(jù)機(jī)床的載荷特點(diǎn)，采用滾滑復(fù)合導(dǎo)軌，即滾動(dòng)導(dǎo)軌單元與貼塑導(dǎo)軌并用的方法。其優(yōu)點(diǎn)是摩擦因數(shù)較小，具有低慣性和高速響應(yīng)性能，運(yùn)動(dòng)輕便靈活，低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，位移精度和定位精度高。但即使是滾滑導(dǎo)軌的組合形式，依然會(huì)存在疲勞磨損現(xiàn)象。如何修復(fù)數(shù)控機(jī)床滾滑復(fù)合導(dǎo)軌磨損是設(shè)備維修中的一大難題。

1. 滾滑復(fù)合導(dǎo)軌工作原理及故障分析

由桂林機(jī)床股份有限公司生產(chǎn)的 XH2312 型三坐標(biāo)龍門加工中心，采用由滾動(dòng)導(dǎo)軌與貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌相結(jié)合的滾滑復(fù)合導(dǎo)軌（見圖 1）。在鑄鐵矩形導(dǎo)軌面內(nèi)側(cè)鑲嵌鋼條，搭配直線循環(huán)滾子軸承，實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)摩擦，從而減小摩擦力，使工作臺(tái)以滑動(dòng)摩擦與滾動(dòng)摩擦相結(jié)合的形式在導(dǎo)軌上移動(dòng)。鑲鋼條是合金鋼淬硬后進(jìn)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(xiàn)大量裂紋，機(jī)床工作臺(tái)出現(xiàn)遲滯、爬行現(xiàn)象，需及時(shí)更換滾動(dòng)導(dǎo)軌鑲鋼條與滑動(dòng)導(dǎo)軌軟帶，并保證其各個(gè)平面的精度。

圖 1　滾滑復(fù)合導(dǎo)軌

2. 滾動(dòng)導(dǎo)軌鑲鋼條更換

在拆卸機(jī)床外圍防護(hù)罩及工作臺(tái)導(dǎo)軌防護(hù)罩之后，鑄鐵導(dǎo)軌兩邊內(nèi)側(cè)皆鑲嵌一條鋼導(dǎo)軌，每條鋼導(dǎo)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(gè) 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(jìn)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(fù)不斷地將兩側(cè)鑲鋼軌條上的堵頭拆下來，每根含 12 個(gè)堵頭，一共240 個(gè)堵頭。堵頭拆掉之后，可以通過內(nèi)六角螺母將緊固導(dǎo)軌的螺釘松掉，將鋼條全部取出。拆卸下來的導(dǎo)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(zhǎng)期受力影響導(dǎo)致的疲勞破裂，對(duì)導(dǎo)軌的使用有一定的影響。

3. 滑動(dòng)導(dǎo)軌軟帶更換

工作臺(tái)與鑄鐵導(dǎo)軌以滑動(dòng)摩擦的形式移動(dòng)，在工作臺(tái)與鑄鐵導(dǎo)軌之間有一層導(dǎo)軌軟帶，作為滑動(dòng)摩擦的介質(zhì)。工作臺(tái)與導(dǎo)軌的貼合面需要進(jìn)行刮研，并安裝新的導(dǎo)軌軟帶。拆卸舊的導(dǎo)軌軟帶，將工作臺(tái)背面 3 個(gè)平面刮研達(dá)到相應(yīng)精度后，使用特殊的膠水安裝導(dǎo)軌軟帶。同時(shí)，檢查工作臺(tái)背面 4 個(gè)角上的直線滾子軸承，通過仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn) 4 個(gè)直線滾子軸承狀態(tài)良好，在進(jìn)行充分潤(rùn)滑保養(yǎng)后重新安裝。

4. 滾滑組合導(dǎo)軌面的精度保證

機(jī)床的滾滑復(fù)合導(dǎo)軌面是設(shè)備出廠前經(jīng)過大型導(dǎo)軌磨一次性加工而成。更換的鑲鋼條在安裝后需對(duì)復(fù)合導(dǎo)軌面再進(jìn)行一次磨削才能滿足導(dǎo)軌使用精度要求。由于條件限制，我們并沒有使用導(dǎo)軌磨等大型設(shè)備對(duì)更換后的復(fù)合導(dǎo)軌面進(jìn)行一次性加工，轉(zhuǎn)而采用修、磨、研及配等方式對(duì)鋼條及鑄鐵導(dǎo)軌面進(jìn)行調(diào)整，最終保證新更換的鑲鋼條與鑄鐵導(dǎo)軌平面度誤差＜ 0.01mm。（1）測(cè)量各位置鑲鋼條安裝槽的深度尺寸由于滾滑復(fù)合導(dǎo)軌表面為整體加工成形，因此鋼條安裝時(shí)的安裝槽深度并不規(guī)則，利用深度尺依次測(cè)量槽深，并取數(shù)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(cè)鑲鋼槽深度

圖 3　右側(cè)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(dǎo)軌槽并不是精度很高的平面，鋼條鑲嵌完成后，需再進(jìn)行一次整體磨削，從而保證滾滑導(dǎo)軌面的平面度。

（2）鑲鋼導(dǎo)軌槽、鑄鐵導(dǎo)軌及工作臺(tái)背部貼合面的刮研在無法使用大型導(dǎo)軌磨等設(shè)備的時(shí)候，如何保證新安裝的鑲鋼條表面與鑄鐵導(dǎo)軌表面在同一水平面，困擾我們多時(shí)。若按照鑲鋼槽不規(guī)則深度進(jìn)行配比，研磨鋼條使每根鋼條達(dá)到與每個(gè)槽前后深度數(shù)值一樣，而保證鑲鋼導(dǎo)軌面與鑄鐵導(dǎo)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(dǎo)軌面的精度。因此，最終我們決定對(duì)鑲鋼槽進(jìn)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(shù)值為標(biāo)準(zhǔn)，要求刮研后 2 條鑲鋼槽的平面精度≤ 0.01mm。

同時(shí)，要保證鑲鋼槽與鑄鐵導(dǎo)軌表面的平行度，鑄鐵導(dǎo)軌也需要進(jìn)行研磨修配，此鑄鐵導(dǎo)軌為組合矩形導(dǎo)軌，因此矩形導(dǎo)軌的上面、側(cè)面和底面 3 個(gè)外表面也需要同時(shí)進(jìn)行刮研、研磨，以保證導(dǎo)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(nèi) ; 鑲鋼導(dǎo)軌槽與輔助導(dǎo)軌上平面需保證平行，平行度誤差在 0.02mm 以內(nèi) ; 輔助導(dǎo)軌上平面與下平面需保證平行，平行度誤差在 0.02mm以內(nèi) ; 工作臺(tái)與導(dǎo)軌貼合的 3 個(gè)面平行度誤差保證在 0.02mm 以內(nèi) ; 工作臺(tái)在 XY 平面內(nèi) X 方向的直線度保證在 0.02mm 以內(nèi)。

（3）鑲鋼條的修磨及安裝經(jīng)過測(cè)量，新的鋼條厚度標(biāo)準(zhǔn)為 17.00mm，誤差在 ±0.1mm以內(nèi)，需經(jīng)過平面磨床進(jìn)行加工，從而得到厚度一致的鑲鋼條。依據(jù)鑲鋼槽的刮研標(biāo)準(zhǔn)，鋼條厚度需保證在 16.90mm，精度保證在±0.005mm 以內(nèi)。當(dāng)鑲鋼導(dǎo)軌高于鑄鐵導(dǎo)軌較多時(shí)，工作臺(tái)全部的載荷落于鋼導(dǎo)軌上，易損壞工作臺(tái)背面的直線循環(huán)滾子軸承，鋼導(dǎo)軌表面易劃傷、破損 ; 當(dāng)鑲鋼導(dǎo)軌低于鑄鐵導(dǎo)軌時(shí)，則主要受力為滑動(dòng)摩擦，此時(shí)滾子軸承無法起到減小摩擦力、提升運(yùn)動(dòng)性能的作用。經(jīng)過修磨后的鋼

條安裝在導(dǎo)軌槽內(nèi)之后，經(jīng)測(cè)量，整個(gè)復(fù)合導(dǎo)軌面的平面精度保證在 0.01mm 以內(nèi)。

5. 結(jié)語

導(dǎo)軌作為重型數(shù)控機(jī)床的核心部件 , 其力學(xué)性能影響著機(jī)床的精度和精度保持性。然而傳統(tǒng)的滑動(dòng)導(dǎo)軌或滾動(dòng)導(dǎo)軌均不能很好的滿足重型機(jī)床在大負(fù)載重切削條件下的性能要求。滾滑復(fù)合導(dǎo)軌作為一種新型導(dǎo)軌結(jié)合了滾動(dòng)導(dǎo)軌和滑動(dòng)導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn) , 能夠使得重型數(shù)控機(jī)床獲得較大的承載能力和優(yōu)良的動(dòng)力學(xué)性能。因此 , 研究滾滑復(fù)合導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)及其動(dòng)態(tài)特性對(duì)提高我國(guó)高檔重型數(shù)控機(jī)床整體性能意義重大。

通過刮研、研磨、調(diào)配及更換等實(shí)現(xiàn)導(dǎo)軌磨損的修復(fù)及精度保證，使得因磨損導(dǎo)致的工作臺(tái)遲滯、爬行現(xiàn)象得到有效解決，為各類機(jī)床滾滑復(fù)合導(dǎo)軌的修復(fù)提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。實(shí)踐表明，滾滑復(fù)合導(dǎo)軌的使用，不但提高了機(jī)床的精度，同時(shí)也提高了機(jī)床的抗振性。

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