耿建紅
摘 要：機床導軌是機床運動精度的基礎，每個零部件以它為基準進行安裝或執行運動。但在長期使用過程中由于保養不當等原因往往會產生磨損，此時需要對其進行修復，以保持機床的運動精度以及設備的完整性，確保機器能夠達到教學標準。本文對機床導軌的分類、磨損原因以及修復措施進行了論述，希望對后續導軌修復起到一定參考作用。
關鍵詞：機床導軌；磨損；修復
0 引言
工業是一個國家的命脈所在，強大的工業水準才能支撐起國家的基礎建設需求，機床是工業中Z重要、Z常用的設備，其被譽為“工作母機”。高精度機床已經成為新時期工業發展不斷追求的目標之一，機床精度的高低直接反映出國家的工業水準。而機床Z重要的部件就是導軌，導軌是機床運動精度的基礎，零部件都以它為基準進行安裝或執行運動，導軌磨損會導致機床加工精度降低影響加工質量。教學中的機床，由于導軌的磨損導致加工困難，達不到教學要求。因此，無論是對企業效益的保證，還是對學校教學質量的提高，都有必要對機床導軌磨損修復的方法進行探討。
1 機床導軌的分類及特點
導軌副也被叫做導軌，對運動構件起到導向和支撐的作用，引導構件沿一定方向做往復運動。導軌對運動構件的運動起到一個平衡力，約束其運動方向并確保其穩定運動的作用。導軌中與機床連接不動的部分為靜導軌或支撐導軌，與運動部件連接相對比較短的部分我們通常稱之為動導軌，前者對后者起到支撐作用，靜導軌面稱為承導面。根據機床導軌的工作原理及特點，我們將其分為以下幾種：滑動導軌、靜壓導軌、磁懸浮導軌、滾動導軌以及復合導軌等，其中我們Z常見且常用到的是滑動導軌和滾動導軌[1]。
1.1 滑動導軌 滑動導軌簡單可靠、抗震性能強、經濟適用且制造成本低廉，是Z常用的導軌結構，在機床產品中應用Z為廣泛。滑動導軌得益于其構造，有承載力大且剛性強的優點，對載荷較大的切削通常用這種導軌。阻尼性能好，能很好的抑制機器啟停時產生的震動。目前各個國家對滑動導軌的研究越來越重視，隨著科技發展，滑動導軌仍有其待挖掘之處[2]。
1.2 滾動導軌 高速數控機床則經常采用滾動導軌，滾動導軌不同于滑動導軌，它采用柱體、球體等作為滾動載體，以滾動摩擦代替滑動摩擦，減小摩擦力。由此，滾動導軌工作時沒有震動現象，即使是低速工作，也不會產生“爬行”現象。工作時，導軌發熱現象較輕，使用壽命更久。基于以上優點，滾動導軌可以以比較低的成本進行專業生產，目前有關滾動導軌的研發趨勢也朝向模塊化、集成化以及低噪音的方向發展。
1.3 靜壓導軌 靜壓導軌的工作原理就是將潤滑油通過節流器流入導軌面上，形成油膜，將動導軌與靜導軌隔離開，當動導軌加以負載時，油液膜變薄，將油液通過封邊不斷擠壓回油箱，同時回油間隙也變薄，阻力變大，郵箱壓力也變大，可以平衡內外壓差，靜壓導軌能避免動靜導軌之間的磨耗，同時加工精度也遠超滾動導軌和滑動導軌[3]。
1.4 磁懸浮導軌 磁懸浮導軌是利用磁場力將導軌抬升的技術，相比于前三種，磁懸浮導軌能夠實現超精密、超高速的加工要求，是未來機床的理想狀態。
2 機床導軌面常見失效形式及原因分析
在機床加工過程中，除了支撐活動部件外，導軌還必須確保活動部件可以在外力作用下沿給定的方向精確地線性移動。因此，導軌需要滿足一定的引導精度、運動過程中的輕便性和穩定性、足夠的剛度、良好的耐磨性、受溫度變化的影響小以及結構可制造性的要求。
導軌是機床的必要部分，如果導軌出現磨損等問題，機床的精度將受到很大影響以致不能工作，這種狀態稱之為故障。導軌常見的故障有磨損、表面壓痕、劃痕、疲勞、生銹、斷裂和燒傷等。其中表面壓痕是由于加工載荷過大而造成的，加工載荷大于導軌承受能力就會造成壓痕損傷;劃痕則是由于導軌中落入顆粒物，導致在工作過程中碾壓過硬顆粒而形成的損傷;疲勞損傷是機床導軌的使用壽命超過極限，且工作人員疏于保養，導致在載荷較大的工作中受損，產生導軌面剝離的現象;生銹則是金屬導軌面長時間不工作且保養間隔過久，而加工過程中產生的碎屑，油污等腐蝕性液體或者由于空氣濕度較大，從而造成導軌面生成腐蝕物而造成的損傷。斷裂一般是由于導軌質量差，所用材料耐磨性低，工作中的載荷又較大，難以承受而造成的損傷;燒傷一般是由于加工負荷大，潤滑條件不達標，過度摩擦生熱引起導軌表面顏色變化的現象。
導軌的損傷會嚴重影響機床加工質量，加工精度不達標或出現殘次品，嚴重影響企業生產效率、生產質量以及教學質量，使用過程中也存在安全隱患，后期維修也會耗費大量的人力物力財力，往往需要一定的時間才能完全修復，因此需要引起重視。導致磨損的原因可以細分為以下幾種：
2.1 潤滑不良 邊界潤滑是導軌Z常用的潤滑方法，就是在導軌表面注油使其表面形成一層致密油膜，該油膜會吸附在摩擦面上，從而大大降低了摩擦面的摩擦系數。然而隨著導軌運行時間的增加，油路會被阻塞或無法及時供應，這將導致局部干摩擦。干摩擦的阻力遠遠大于有油膜的情況，不久就會使軌道產生損傷[4]。
2.2 氧化磨損 部分機床或機床的部分部位，不經常使用，如果疏于保養及維護，那么導軌表面長時間暴露在空氣中，會發生氧化反應，形成氧化物雜質，之后再啟用該導軌，會使氧化物脫落，導軌在往復運動中不斷摩擦這些雜質，形成損傷，這種損傷常見于不常用的導軌部位。
2.3 雜物磨損 機床工作過程中，除了日常保養以外，還要定期更換油濾，導軌的工況需要保證導軌面的干凈沒有雜質，除了自身會氧化形成雜質以外，潤滑油中往往也會混入雜質，若過濾不干凈，也會對導軌表面造成損傷，即保證機床的工作環境清潔也同樣重要。
2.4 機床導軌的剛性不足 由于工作屬性，導軌承受的是可變載荷，而不是靜載荷，若導軌剛性不足且長時間工作，機床導軌會產生形變，一旦導軌形變，會對加工精度產生極大影響。
綜上可見，導致導軌受損的原因有多種，而目前針對導軌的修復研究也越來越受到重視。
3 機床導軌面失效常用修復方法
在機床的工作過程中，各種因素都會導致導軌表面失效，影響正常生產，因此應及時修復導軌故障。修復導軌表面的常見方法是刮擦、細刨/打磨、銅焊和塑料粘接。
3.1 刮研修復法 刮研法可修復的導軌類型是，未經過淬火處理的導軌，這種修復方法是Z常用也是Z基本的修復方法。刮研發可修復和處理毛糙、磨損和咬傷相對較輕的導軌。用到的工具是刮刀以及基準面量具等，減少導軌的表面粗糙點，確保導軌接觸面的順滑，提高機器的導軌精度和導軌的使用壽命。對導軌面各種不同的粗糙情況，刮研法均可以有效去除，且能夠減小殘留公差。刮擦時接觸面均勻，刮擦力小，接觸精度高，不易引起導軌變形。且刮研法操作簡單，不會對軌道造成不必要的損傷，可靠性強，可操作性高，可以不受損傷位置、形狀以及大小的限制。雖然這種方法簡單可靠，但其加工效率低，周期長，工作強度大也是其很突出的缺點[5]。
3.2 精刨/磨削方法 精密刨削法和精密磨削法可用于修復硬化的機床導軌。這也是常用的修復方法之一，屬于刨削過程。精密的平面磨削方法可以有效地提高導軌的表面光潔度，使其達到工藝要求的公差值。使用這種方法修理導軌時，需要將機器從底座上卸下，這樣會導致回裝后使緊固的螺釘變得松動，達不到原裝力矩，產生變形，Z終導致加工精度降低，并且，拆卸與回裝都比較費時費力，間接增加維護成本。
3.3 噴焊 根據噴焊工藝，導軌的表面需要先進行預熱，預熱溫度達150℃以上。之后將焊粉噴涂到粗糙面，繼續加熱，溫度達到900-1200℃以上時，焊粉融化覆蓋于導軌面。噴焊的弊端是對導軌的加熱時間長，易形成熱應力，相比于電弧焊而言更可能出現裂紋，且線縮產生裂紋的趨勢較大。裂紋的產生一般與加熱時間和噴焊厚度相關，即可采用噴焊修復的損傷大小有一定的限制，且焊之前需要將焊接部位清理干凈，焊接后的顏色與原導軌顏色有偏差，這與焊粉中的鐵、鎳含量有關。
3.4 電弧焊 采用鑄鐵焊條Z248按相應的工藝進行焊接和修補。工藝分為兩種，種：焊接前預熱至550～650℃進行焊接修補，焊接后保溫5～8h。第二種：工件焊接前不預熱，焊接后保溫3～4h。這兩種方法的焊補質量不易保證，容易出現裂紋、硬點，焊補不易進行機械加工。電極是便宜的。與鎳基鑄鐵焊條Z308根據相應的焊接修復過程中，加熱狀態錘技術，焊接和焊接層應該暫停冷卻低于60℃之間，減少焊接區孔隙和裂縫，切削加工性能好，粘結強度高、無脫落現象，由于機床導軌的加工由吸油和電極打擊力的影響，易形成“焊接痕跡”咬邊。鎳電極含有大量的元素，焊縫區域顏色與母金屬有很大的差別，且電極價格昂貴。
3.5 釬焊修復方法 釬焊修復方法通常用于對機床導軌表面進行局部損壞，例如刮擦、發束和凹槽。焊接維修完成后，機械加工使導軌的表面滿足所需的工藝要求。傳統的焊接和修復技術無法完全修復機床導軌表面的缺陷。二次氣孔在焊接和維修過程中易產生工件的熱變形，且焊接和維修之間的色差較大。傳統的焊接修復技術通常用于修復非機加工表面或不可見的機加工表面。與傳統的焊接維修工藝相比，使用冷焊機可以顯著提高?接維修質量。
3.6 塑料粘接方法 對于劃痕較深且損壞嚴重的機床導軌，可使用塑料粘接劑對其進行修復。塑料板通常由聚四氟乙烯（PTFE）制成。PTFE的摩擦系數低，潤滑性能好，可以使機器運轉平穩，振動和噪音小，且對低速蠕變有良好的效果。此外，PTFE是柔軟的，金屬碎片可以嵌入導軌中，不會刮擦導軌表面。粘接過程中，平整導軌磨損部位，清潔導軌表面，修剪塑料片使表面光滑，刮擦托架，準確測量補償尺寸。將環氧或聚氨酯膠粘劑均勻地涂在表面上，施加壓力使其固化。Z后需要機加工和刮削。
3.7 熱噴涂法 上述幾種方法是目前導軌修復常用到的，但是各有利弊，還有一種修復手法叫熱噴涂法，利用氧乙炔燃燒產生的高溫將工程塑料融化鋪于導軌表面，氧乙炔不會對導軌產生熱損傷，導軌不易變形，在修復導軌損傷的同時避免對導軌造成二次損傷，可以真正起到延長導軌壽命的作用。
4 結論
本文首先根據軌道工作原理及模式進行了簡單介紹，而后針對導軌在日常工作中常見的故障以及失效形式做了一定程度的分析，并據此提出了相關的修復方法。隨著技術手段的進步及維修理念的更新，越來越多的維修方式被發掘出來，在工業化發展迅速的當代社會，導軌修復技術的進步能幫助我們國家實現可持續性發展，對于廢舊機床導軌進行修復再生，避免資源的浪費，響應國家減耗降能的號召，具有重要意義。
參考文獻：
[1]趙磊，王超.常見機床導軌的失效形式及修復技術[J].現代制造技術與裝備，2019（12）：157-158.
[2]王超.機床滑動導軌常見磨損問題及修復淺析[J].現代制造技術與裝備，2019（04）：177，179.
[3]佚名.機床導軌磨損等缺陷的幾種修復方法[J].中國設備工程，2018（07）：22-23.
[4]高沛，吳維梁.車床導軌修磨技術的研究與開發[J].機械管理開發，2020，35（10）：92-93.
[5]顧彬，趙健.機床導軌的設計制造與修護保養[J].科技創新與應用，2017（07）：144.
來源：《內燃機與配件》2021年10期
