四川長征機床集團有限（xiàn）公司生產的首台GLDC4000 動梁龍門移動複合（hé）加工中心為（wéi）重型機床，其滑板靜壓導軌采用的是黃銅導軌（guǐ）板結構，在實際加工及裝配調試過程中，發現黃銅導軌板加工（gōng）複雜（zá），刮研工作量大；滑板反複吊裝困難；生產周期長等問（wèn）題（tí）。於是在接下來的（de）GLF4000 雙龍門加工中心（xīn）設計中，決定將滑板靜壓導（dǎo）軌結（jié）構改進設計（jì）為耐磨塗層（céng）和貼塑（sù）相（xiàng）結合的方式。

      導軌耐磨塗層是以環氧樹脂（zhī）和二（èr）硫化鉬為基體，加入增塑劑，混合成液（yè）狀或膏狀為一組份和（hé）固化劑為另一（yī）組份的雙組分塑料塗層。為增（zēng）加耐磨塗層的接觸麵積（jī），需將動導軌麵進行（háng）粗加工，一般用梳刨刀在接觸麵加工出鋸齒形。減磨塗層具有以（yǐ）下特點：

      （1）複印成型，精度好；

      （2）製造周期短；

      （3）良好的摩擦性，摩擦係數成正斜率（lǜ）——防爬行好；

      （4）耐磨性好，摩擦副合理，軟（ruǎn）硬相配，抗擦傷性好；

      （5）塗層與金（jīn）屬（shǔ）的結合力強，附著性（xìng）好；

      （6）良好的加工性，可經車、銑、刨、鑽、磨削和刮削。

      導軌貼塑（sù）是將聚四氟乙烯導軌軟帶（dài）等特製的複合工程塑料帶直（zhí）接粘貼在動導軌上，動導軌在貼塑前貼合麵須精加工平整，以使（shǐ）貼塑帶與導軌粘貼更好。導軌貼塑具有以下特點：

      （1）摩擦性能好；

      （2）耐磨特性好；

      （3）減振性好；

      （4）工藝性能好。

1 改進方案

      滑板底部承重麵黃銅導軌板及一邊（biān）內側麵定位（wèi）黃銅導軌板不（bú）起調整作用，與滑板是固定連接在一起的（de），故這幾處的黃銅（tóng）導軌板可以去掉，在相應位置（zhì）采用減磨塗層（céng）替（tì）代，而側麵的鑲（xiāng）條（tiáo）黃銅導（dǎo）軌板及背（bèi）麵的扣壓黃銅導軌（guǐ）板因需要調整間隙，相對於（yú）滑板來（lái）說需要能夠移動調整，以使導軌間隙達到最佳要求，故這幾處的黃（huáng）銅導軌板改為鑄鐵板（bǎn）貼塑（sù）的方式（shì）（如圖1、圖2 所示）。這樣改進的好處是減少了刮研量和反複（fù）起吊滑板的（de）工作量。滑板底部承重麵（miàn）和內側定位麵減磨塗層一次成型（xíng），若成型得好，幾乎不用刮研（即時局部需再（zài）刮研也是很少的刮研量），尤（yóu）其是滑（huá）板底（dǐ）部承重麵接觸麵積大（dà），采用黃銅導軌板刮研量相當大，且刮研時需（xū）吊起滑板。外側調整（zhěng）鑲條和背麵扣壓板改為貼塑之後，也（yě）使得刮研工作強度大大降（jiàng）低，塑料刮研（yán）比起銅板刮研要輕鬆許多。

2 導軌減磨塗層的工藝

      （1）導軌塗（tú）層的工件製備：在塗敷前將滑板需（xū）塗層的導軌麵進行粗加工，用梳刨刀在基麵加工出（chū）（圖3）所示的形式，兩側留有支（zhī）撐邊，支撐邊用（yòng）以（yǐ）承受滑板壓合時支撐重力的（de）作用和控製塗（tú）層厚度的作用；床身導（dǎo）軌精加工（gōng）好後（hòu），將其水平調整到裝配（pèi）精度要求，並（bìng）將床身與地腳固定好。

      （2）塗層前工件的清洗及準備：將（jiāng）加工好的滑板導軌麵去除毛刺，並用清洗劑（如丙酮）清洗滑板和床身導軌麵上的（de）汙物，清洗至擦不出任何汙物為止。然後（hòu）在床身導（dǎo）軌上塗敷1%的（de）脫模劑（如有機玻璃丙酮溶（róng）液），要求塗敷均勻光整。在床身和滑板上塗層有可能溢到的地方（fāng）也塗上脫模劑，但切忌（jì）將脫模劑塗到滑板待塗層（céng）的麵上。

      （3）塗（tú）層施工與定位（wèi）：計算需要塗層（céng）的體積，以此確定出塗層用量，並將塗層料按一定比例混（hún）合並調和均勻。將滑板吊（diào）至地麵（miàn）並使其（qí）導軌麵（miàn）朝上。逐層用減磨塗料塗敷（fū）到導軌麵上，塗層的（de）兩端要高出支撐邊約0.5 mm，塗層應刷成（chéng）微弧（hú）型麵，以便於壓緊時塗層的流淌（如圖4 所示）。控製壓（yā）合前塗料的時間不超（chāo）過1 小時。減磨塗層塗好（hǎo）後，在滑板承重麵的支撐邊（biān）和內側定位麵支撐邊均（jun1）布放置（zhì）1 mm 厚等（děng）高塊（如圖5 所示），可以用粘結劑使其與支撐（chēng）邊粘貼好，然後將滑板翻轉吊過來，放到床身導軌（guǐ）上扣合。滑板自（zì）身重力可保證承重麵充分壓（yā）緊（jǐn），而（ér）內側定位麵則需另外用工裝將滑板往床身外側頂拉，使側定位麵也與床身導軌側（cè）麵充分壓緊。扣合（hé）好後，固化時間不低於24 小時。在等高塊的作用（yòng）下，固化（huà）好後的塗層導軌麵高於支撐金屬麵1 mm，可以保證運行時無金屬接觸摩擦。

      （4）起模加工：經扣合24 小時固化後，吊起（qǐ）滑板翻轉過來，檢查塗（tú）層麵有無空（kōng）洞等缺陷，並將塗（tú）層導軌周邊（biān）扣合（hé）時滲出的殘留（liú）餘（yú）料清理幹淨。然後將滑板運至龍門銑床按設計圖紙加（jiā）工出靜壓油槽。

      （5）刮研：油槽加工（gōng）好後，將滑板再放到床（chuáng）身上與床身導軌進行合研，用鏟刀（dāo）輕（qīng）刮塗層麵即可，不需多大力氣。經實（shí）踐證明，滑板塗層導軌麵起模後光潔度較高，少量（liàng）的（de）刮研後即可合研至精度要求。

3 導軌貼塑的工藝

      （1）貼塑前的工件製備（bèi）：貼塑前（qián）將貼塑麵精加（jiā）工至要求尺寸，表麵粗糙度應達到Ra 6.3以上，以使貼塑塊與金屬麵粘貼更牢固。因貼塑塊在貼（tiē）合好（hǎo）後表麵（miàn）需（xū）加（jiā）工一刀使（shǐ）其平整，加工量約為（wéi）0.2 mm，最後刮研的時候又需刮去約0.1 mm 的厚度。故若采用2 mm 的貼塑塊，最（zuì）後經加工刮研後貼（tiē）塑塊剩餘厚約為2 mm－0.2mm－0.1 mm＝1.7 mm；導（dǎo）軌貼塑前厚度尺寸＝導（dǎo）軌最終厚度－貼塑（sù）塊剩餘厚度。如滑板側麵鑲條導軌（guǐ）和背麵扣壓導軌大端尺寸為30 mm，則貼塑前應加工至30 mm－1.7 mm＝28.3 mm。

      （2）貼塑塊粘貼：在粘貼貼（tiē）塑塊之前同樣需（xū）對導軌粘貼金（jīn）屬麵（miàn）進行清理和清洗，然後用（yòng）強（qiáng）力粘（zhān）結劑將貼（tiē）塑塊粘貼到金屬麵（miàn）上，粘貼好後用工裝將貼塑塊壓（yā）緊在導軌麵上並保（bǎo）持固化時間24 小（xiǎo）時以上。

      （3）貼塑塊表麵加工與開（kāi）油槽：先將導軌（guǐ）貼塑塊表麵用磨床磨去0.2 mm，使其平整，然後用銑（xǐ）床加工（gōng）出油槽，油槽（cáo）深度為（wéi）0.8 mm。加工油槽的時候，切忌將油槽銑穿至金屬（shǔ）麵，因油槽銑穿後，在長期使用中會使油慢慢浸入貼（tiē）塑塊粘貼麵，造成（chéng）貼塑（sù）塊的脫落（luò）。

      （4）刮研：將加工好的貼塑導軌與床身合研，因貼塑導軌板屬於可調整的鑲條導軌板（bǎn），與滑板能（néng）夠拆離，故合研時不需頻繁翻轉起（qǐ）吊滑板，隻需將鑲條嵌（qiàn）入滑板與床身導軌之間合研，然（rán）後取出刮研，貼塑塊刮（guā）研也比銅導軌板輕鬆（sōng）容易（yì）得（dé）多（duō），反複（fù）多次輕刮至合研精度要求為止。

4 靜壓油槽結構設計

      （1）等（děng）效油腔（qiāng）

靜（jìng）壓導（dǎo）軌（guǐ）的油腔分為油腔（qiāng）式及油槽（cáo）式兩種。具有同樣（yàng）輪廓尺寸（cùn）B、L 的油（yóu）墊支撐，隻要（yào）油腔外圍的輪廓尺寸b、l 相同，則油腔具有等效（xiào）的有效承載麵積（如圖6 所示）。 

      （2）油腔形（xíng）式及尺寸的設計

      ①油腔應有足夠的初始托（tuō）舉力（lì）所謂初始托舉力，是（shì）指油泵剛啟動而支撐尚未浮起時的靜壓推力。如果導軌麵之間貼合非常緊密，則（zé）油液隻能充（chōng）滿油（yóu）腔的挖空部分，此時的承載（zǎi）麵積遠小於有效承載麵積Ae：

                 Ae＝(L＋l)(B＋b) （1）  

      式中：L 為（wéi）每個（gè）油墊支撐的長度，cm；l 為每個油（yóu）腔的（de）長度，cm；B 為每個油墊的寬度，cm；b 為每個油腔的寬度，cm。

      一般由於（yú）導軌（guǐ）麵（miàn）並非（fēi）貼合得十分緊密，油液總有一部分滲入結合麵之間，因此，實際的（de）初始承載麵積，大致介於有效承載麵積與油腔挖空（kōng）部分麵積之間（jiān）：

                     Ae'＝(Ae＋Ar) （2）

      式中：Ae'為實際（jì）的（de）油腔承載麵積，cm2，初始承載麵積；Ae 為油腔（qiāng）有效承載麵積cm2；Ar 為油腔挖空部分麵積，cm2。油腔的初始托舉力為：

                         Fro＝Ps×Ae' （3）

      式中：Fro 為（wéi）初（chū）始托距力，kgf；Ps 為油泵供油壓力，kgf/cm2。要（yào）使移（yí）動件浮起，必須使初始托舉力大於移動件的自重及其上的最大工件重量：

                          Fro≥Fg＋Fgmax

      式中：Fg 為移動件（jiàn）重量，kgf；Fgmax 為工件最大的重量，kgf。顯然（rán），為使有足夠的初始托舉力（lì），必須要有足（zú）夠的油槽寬度（dù）及油（yóu）槽數量（liàng）。但油槽也不能太寬，否則導軌（guǐ）接觸麵（miàn）積小，比壓（yā）增大，當偶然斷油時，會損壞導軌（guǐ）麵，因此必（bì）須合理選擇（zé）。

      ②考慮動壓力對油膜厚度的影響，在靜壓（yā）導（dǎo）軌麵上應設縱向（xiàng）的支撐s1 和s2（見圖6）。

      ③油槽要便於加工。

      （3）油（yóu）腔數及其（qí）布置（zhì）

      為了使油膜均勻，每條導軌麵在（zài）其長度（dù）方向的油腔數不得少於2 個，油（yóu）腔之間設置回油（yóu）槽，各個油腔的壓力互不幹擾。一般推薦：導軌長（zhǎng）度（dù）在2 m 以下時（shí），取2～4 個油腔；導（dǎo）軌長度在2 m 以上時（shí），一般不（bú）要超過5～6 個油腔，每個油腔的（de）長度為0.5～1.5 m。油腔不要開得太長，否則不利於調整。

      下麵以滑板為例設計其（qí）底部（bù）承重麵靜壓導軌油槽尺寸及（jí）確定靜壓供油壓力（lì）。滑板底麵（miàn）塗層靜壓導軌長度為2790 mm，單（dān）個滑板（bǎn）自重約6000 kg，滑板（bǎn）上（shàng）有立柱，操作站，橫梁，液壓站等總計（jì）重量約為68000 kg，這些力設為由兩個滑板均（jun1）勻支撐，於是單（dān）個滑（huá）板底麵導軌承受（shòu）重力（lì）為68000/2＋6000＝40000 kg。

      定導（dǎo）軌的油腔數及油腔尺寸

      由於導軌較長，決定分成四段油腔，每段油腔長690 mm，油腔油槽（cáo）及油腔之間的回油槽的寬度均取10 mm。考慮結構條件，取平導軌尺寸為：B＝220 mm，L＝690mm，b＝140mm，l＝600mm。如圖7 所（suǒ）示。

      ②確定油泵供油（yóu）壓力Ps每個滑板底麵（miàn）靜（jìng）壓油腔數為8 個，故每（měi）個油腔承（chéng）受的初（chū）始托力Fro＝40000 kg/8＝5000kg；將平導軌尺寸代入式（1），算出油腔有效承載麵積Ae＝1161 CM2，另根據油腔尺寸算出（chū）每個（gè）油腔挖空部分麵積Ar＝658.5 CM2；根據式（shì） 

      （3），算出油腔需要的供油壓力Ps＝Fro/Ae'＝7.6 kgf/CM2，滑板托起後在運動過程（chéng）中油腔的有效承載麵（miàn）積Ae 比初始承載麵積（jī）Ae'更大，此時需要的供油壓力反而比初始托起時壓力更小，可算得工作（zuò）時油腔壓力為Fro/Ae＝4.3 kgf/CM2。因此保證滑板能（néng）正常運行（háng）的油泵壓力至少應（yīng）大（dà）於於或等於7.6 kgf/CM2。若算出所需的油泵壓力超出（chū）額定值，則可通過調整油腔B、L、b、l 的尺寸，改變所（suǒ）需靜壓力，使油泵工作在（zài）正常壓力（lì）範（fàn）圍內。

      定量供油式靜壓導軌由於每個油腔的留量為常數，因此油腔壓力Pr、油膜厚（hòu）度h 與潤滑油粘度ηt 存在以下關係（xì）：

      可見油腔壓力與油膜厚（hòu）度立（lì）方成反（fǎn）比，這（zhè）也說明了為什麽在初始時油腔壓力大於運行時油腔壓力，因為初始時滑板未托起的油膜厚度小於工作時油膜厚度，工作時油（yóu）膜厚度約為0.05 mm。

      同理可以算出滑板其餘靜壓導軌麵的壓力，因滑板內（nèi）側定位麵導軌與鑲條導軌（guǐ）及底部（bù）的扣壓導軌板隻是改（gǎi）成了塗層或貼塑導（dǎo）軌形式，而外形尺寸並沒有改變，故（gù）油槽形（xíng）式可以保持不變。

5 效益（yì）分析

      滑板靜壓導軌采用減磨（mó）塗（tú）層和貼塑改進後（hòu），在材料、加工、裝配（pèi）各方麵都比原來有明顯優勢，下麵用表1 比較分（fèn）析各項費（fèi）用。

      對（duì）比（bǐ）可發現由此帶來的（de）經濟效益是非常可觀（guān）的。

6 結（jié）語

      靜壓（yā）導軌采用塗（tú）層和貼塑相結合的方式（shì），不僅大大提高了導軌的配合要求，而（ér）且在提高導軌性能（néng）的基礎上還減少了成本和顯著提高了生產（chǎn）效率。導軌塗（tú）層這項技術，約上世紀60 年代起源於德國，1970 年後，伴隨（suí）著機床合作引（yǐn）入我國，2002 年後，這（zhè）項技術在國內有了較快的發展，目前（qián）廣泛應（yīng）用於機床、國防軍工、機械、能源等行業的複雜重要部件上，對國（guó）家重大裝備（bèi）製造業及機電行業的發展有重要意義。