異形靜壓導軌損傷修復

周紫陽

（中信重工機械股份有限公司，河南洛陽 471039）

0 引言

BVT12500 數控立車是高端、高精度數控裝備，采用雙圈獨立油兜式靜壓導軌設計。為更好保護油兜，在每個靜壓油兜的液壓系統中設置壓力檢測元件，以保證導軌油膜剛度的一致性，工作臺增加靜壓定心軸承以提高精度。該設備是公司的重點關鍵設備，生產任務非常飽滿，長時間的不平衡載荷、不穩定的切削振動和工作臺自身的受力形變，造成工作臺支撐靜壓油兜和中心靜壓軸承嚴重研傷，導致設備無法正常使用，嚴重影響公司關鍵產品的生產進度。因此最快、最可靠且性價比高的修復方式是這次課題需要研究的內容。

1 課題分析

BVT12500 數控雙柱立車工作臺底座共有24 個靜壓油兜，6800 mm 直徑上有16 個，3500 mm 表面直徑上有8 個，通過油兜腔中的靜壓油使回轉工作臺浮起。中心靜壓軸承是保證工作臺旋轉精度的主要部件，這種靜壓軸承由定心套筒和定心軸兩部分組成，定心軸四周均布4 個油腔，通過靜壓泵組的供油形成剛性油膜，保證工作臺旋轉精度。技術參數如下：

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

（2）靜壓軸承精度。定心套筒、定心軸配合單邊間隙0.10±0.015 mm，配合面修復后粗糙度Ra0.08。

受損的靜壓軸承直徑為735 mm，表面粗糙度Ra0.8，修復其受損部位，現有的機床設備均能保證其尺寸及粗糙度。尺寸精度要求在0.005 mm，雖然高精度機床加工較為困難，但輔助人工研磨精度完全可以實現。

2 方案確定

根據該設備工作臺的使用精度要求，查閱相關資料，分析以往設備修理經驗，擬有3 種修復工作方案。

（1）方案一。從原機床生產廠家直接采購原裝備件，備件質量可靠，配套完善，修復后故障復發概率最低。但維修成本高（約44 萬元），周期長（3 個月）。生產部門無法接受。

（2）方案二。根據油兜的加工精度進行修復。縮小目前研傷的定心軸直徑，去除研痕。對于相配合的靜壓軸承定心套筒，采用加大內孔直徑然后內鑲薄壁套方式，修復配合系統。此法工藝簡單、工期短、費用低。缺點是去除研痕，直接縮小定心軸直徑，相當于減小靜壓面積，在一定范圍內會大大影響工作臺承載能力和加工精度。故也不可取。

（3）方案三。根據油兜的加工精度進行修復。將定心軸外圓尺寸減小并去除研痕，表面噴涂再加工。靜壓軸承定心套筒采用加大內孔直徑，然后內鑲薄壁套恢復。優點是定心軸去除研痕后，直徑雖然會縮小約4 mm，但采用金屬合金噴涂技術進行表面噴涂，就能恢復定心軸的原始尺寸，噴涂后表面也能進行機械加工，恢復定心軸表面油腔和工藝加工精度完全沒有問題。難點在于目前定心軸研痕深度已經在1.5 mm 左右，噴涂前需要進行表面加工去除深溝。這樣要恢復到原始直徑，噴涂單邊厚度要達到2 mm，對于已達到噴涂厚度極限的工藝過程不好控制。只要解決這個難點，此方案即完美可行。

3 方案實施

3.1 恢復靜壓油兜

利用高精密銑床加工，然后再人工研磨，質量控制：平面度0.005 mm、平行度0.005 mm、厚度允差0.008 mm。修復過程如下：

（1）確定油兜修復厚度。油兜表面要去除研痕，其厚度必定要減小，油腔深度也要減小。計算得出如下數據：油兜厚度減小量Δt=t1-t，其中，t1是原始厚度，t 是油兜修復后的厚度；測量上工作臺能向下的最大尺寸量h，當Δt≤h 時，油兜才能修復，如果Δt＞h，則舊油兜不能修復，必須購買新的。

（2）在龍門銑上加工油兜，保證上表面平面度允差0.01 mm，必要時加工油腔深度。同圈油兜厚度允差0.01 mm。

（3）油兜底面用金剛砂在高精度鑄鐵平板上對研，提高底面的平面度和粗糙度。油兜底面與工作臺底座導軌對研，保證接觸≥95%，0.02 mm 塞尺塞不進去。

3.2 定心套筒

加大內孔直徑，鑲嵌薄壁套恢復到原尺寸精度，尺寸允差0.01 mm、圓柱度0.006 mm、粗糙度Ra0.08。由于定心套筒及定心軸承均有損傷，考慮到定心軸承修理后外徑尺寸要減小，定心套筒修理后內徑尺寸要增大。因此在修理過程中將定心套筒的內孔尺寸加大20 mm，然后鑲嵌環套，環套要求外徑與定心套筒車削后內孔過盈0.2 mm，內孔留量5 mm，用來保證內孔的加工量及外圓的結合強度。修復過程如下：

（1）環套與定心套筒采用液氮冷卻的方式進行安裝，安裝時確保液氮完全浸沒環套。

（2）安裝完成后先用車床進行內孔的留量車削，內孔留量單邊在0.3 mm。

（3）最后用磨床找正外圓同軸度后，磨削內孔至要求尺寸。

3.3 定心軸

利用熱噴涂恢復定心軸原始尺寸并進行加工，圓柱度0.08 mm、平行度0.01 mm、垂直度0.01 mm。由于定心軸承外徑的靜壓腔體損壞，需要加工外徑尺寸直至研傷消除。由于車削量較大（單邊3 mm 左右），對結構存在影響，因此考慮車削后采用金屬復合陶瓷熱噴涂工藝來修復出一定的外徑尺寸。

定心軸的修復是該機床修復工作關鍵環節，它采用的金屬復合陶瓷熱噴涂，中間控制環節復雜，對噴涂基體粗糙度及厚度的控制、噴涂過程中環境的控制、定心軸油腔及油孔的保護，以及噴涂后能夠進行機械加工均有嚴格加工要求。只有掌握好上述每個環節，才能切實保證整個修復工作順利進行。修復過程如下：

（1）以定位端口打表找正，跳動在0.02 mm 以內，車削外徑，直至研傷部分全部消除。

（2）使用數控龍門銑床加工出定心軸承靜壓腔體的深度。

（3）保護靜壓腔體部分，對其余部分進行熱噴涂。增大外圓直徑，噴涂厚度不能超過3 mm，噴涂表面要均勻致密、無裂紋、氣孔和起皮等現象。

（4）以正定位端口打表找正，跳動在0.02 mm 以內，磨削定心軸承外徑尺寸至要求尺寸，保證靜壓軸承的配合間隙。

4 確認效果

經過以上修復工作，BVT12500 數控雙柱立車工作臺功能恢復，工作臺浮起量0.10～0.15 mm、端跳允差0.06 mm、徑跳允差0.05 mm。簡化加工工藝，節約時間，合計節約資金將近43.96 萬元。