機床導軌磨損故障現象及精度恢復實用方法

程永豐

（河北第二機械工業有限公司，河北石家莊 050031）

0 引言

機床導軌是機床運動、切屑受力、精度保持的主要部件。當機床導軌磨損后，常見故障現象有時與主軸故障表現相同，在工作中要注意排除。通過對常見故障現象及修理方法的分析，說明故障恢復的實用方法。現今機床硬軌常用的主要結構部件為：運動的托板導軌移動面上粘貼的聚四氟乙烯板可減小托板與靜導軌的摩擦系數，減輕爬行、抖動現象的產生，避免機床托板低速運動時產生爬行故障。聚四氟乙烯板的潤滑性及抗沖擊能力好，且容易加工，并且所需工具廉價易購，近年已廣泛應用在機床硬軌的精度恢復上。

1 聚四氟乙烯板用于機床導軌的優點

（1）具有優良的摩擦性能。聚四氟乙烯板的摩擦系數較小，只是普通鑄鐵、鑄鋼導軌的1/3 左右，并且可保持動靜導軌摩擦系數較為恒定，因此在原有傳動比的情況下電機驅動扭矩可下降數倍。

（2）抗磨性好。耐磨性可達鑄鐵導軌的10 倍左右，可以較長時間保持導軌動、靜態精度。

（3）具有較好的兼容性。在掃軌板輕微損傷的情況下，漏掉的細小金屬碎屑、油漬等能嵌入聚四氟乙烯板內，不會明顯損傷金屬導軌面和影響導軌精度，在一定程度上延長導軌的使用周期。

（4）耐沖擊。聚四氟乙烯導軌軟帶的阻尼性能好，其緩沖減振效果明顯，可有效避免機床自身電機、傳動部件等及外部設備振動對機床運動精度的影響。聚四氟乙烯導軌板介于兩剛性導軌之間，有效降低對下導軌的磨損程度，對機床整體的壽命延長起有效作用，符合機械設計的基本原理要求。

（5）易于加工。雖有較好的耐磨性，但聚四氟乙烯導軌軟帶易于切割、刮屑，在實際工作中加工方便，使用的工具價格低廉、實用易得。

2 普通數控車床主體結構

2.1 主軸部分

普通數控車床主軸部分當前主要有2 種形式：

（1）主軸箱結構：采用傳統三相異步電動機與齒輪減速機構（床頭箱）或雙速電機與齒輪減速機構（床頭箱）結構，主軸安裝在床頭箱。此種結構優點為：輸出力矩較大，粗加工時切削量大，整體加工時間較短；缺點為變速范圍有限，端面無恒切削功能，由于齒輪傳動的振動，切削得到的工件表面質量不高。

（2）單主軸結構。主軸安裝在鑄造的半橢圓形主體上，無變速齒輪傳動機構，采用變頻器控制電機直接帶動主軸旋轉。此種結構優點：可實現主軸的無級調速，轉速范圍廣，可實現恒力切削功能，工件表面加工質量好，結構簡單、可靠性高、故障率低、易于維護；缺點為：得到的輸出力矩較小，尤其是在低速時切削能力極低。

2.2 導軌部分

（1）Z 軸導軌。Z 軸導軌即通常所說普通車床的床身。主要功能是為機床X 軸提供支撐，保持Z 軸運動精度和提供進給力，是機床主體結構的重要組成部分。

（2）X 軸導軌。X 軸導軌即通常所說普通車床的中拖板，數控車床無小托板，只是安裝的數控電動刀架。X 軸托板采用與普通車床燕尾相同的結構與Z 軸托板相連。

（3）聚四氟乙烯導軌板。它是床身與Z 軸、Z 軸與X 軸燕尾結合部通常在相對靜止的導軌與運動導軌之間粘貼的耐磨、精度保持的主要材料。

2.3 其他系統和部件

包括數控系統、絲杠、尾座、冷卻、潤滑、液壓等系統及部件。

3 導軌磨損常見故障

3.1 數控車床加工工件表面有螺旋震紋，增大切屑量時故障減輕

（1）檢修過程：經過對主軸檢測未發現異常，對卡盤卡爪檢查未發現有喇叭口現象，對支撐導軌進行檢測精度合格，重新更換刀具，故障未能消除。

（2）最終故障原因及解決辦法：故障原因是數控車床Z 軸托板的導軌板長期使用造成磨損，當磨損量達到Z 軸絲杠有效彎曲量之后，由于數控車床Z 軸托板與Z 軸絲杠為剛性連接，形成Z軸絲杠替代下導軌承受托板移動的支撐力，由于Z 軸絲杠的彈力原因，形成螺旋震紋。經過對Z 軸托板導軌重新粘貼導軌板，并針對絲杠與托板的理論高度進行刮研，故障消除。

3.2 車削端面中心高四周低

（1）檢修過程：檢測主軸竄動合格，刀臺無松動，Z 軸絲杠間隙合格，更換刀具故障未能消除。

（2）最終故障原因及解決辦法：經拆解數控機床托板發現，X 軸托板燕尾粘貼的導軌板磨損嚴重，間隙過大造成加工受力大時，克服X 軸絲杠彈力形成的讓刀現象。經重新粘貼燕尾槽導軌板并進行刮研，對X 軸絲杠中心后故障消除。

3.3 數控車床Z 軸加工外圓時出現錐度

（1）檢修過程：檢測主軸徑向跳動合格，檢查卡盤卡爪加持狀態合格，刀臺無松動，機床支撐導軌精度合格，試車故障仍然存在。

（2）最終故障原因及解決辦法：數控車床Z 軸托板的V 形導軌板，由于長期使用造成磨損，當磨損量達到Z 軸絲杠有效彎曲量之后，由于數控車床Z 軸托板與Z 軸絲杠為剛性連接，形成Z 軸絲杠替代下導軌承受托板移動的支撐力，造成V 形導軌，與之支撐的下導軌之間形成間隙，形成扭動。進過對Z 軸托板V 形導軌重新粘貼導軌板，并進行針對絲杠與托板的理論高度刮研，故障消除。

3.4 加工外圓尺寸不穩定、端面出現震紋

（1）檢修過程：檢查絲杠間隙、檢查刀具緊固狀態等正常。

（2）最終故障原因及解決辦法：V 形導軌導軌板磨損嚴重，失去導向精度。重新粘貼后，恢復正常使用。

4 導軌精度恢復程序

4.1 準備

（1）工具：千分表、百分表、與主軸錐孔相符的模式驗棒、橋板（用于測量機床兩導軌面的平行度，判定導軌是否扭曲，測量旋轉軸線與導軌面的平行度，測量零部件與導軌面的平行度工具）、水平儀、平尺、角磨機、手電鉆、鉆頭、刮刀、研料、報紙、面紗、常用工具等。

（2）切斷機床電源及前端動力配電設施的熔斷器或斷路器，并實施動能隔離上鎖掛牌。在電氣維修人員的配合下，拆除需修理托板敷設的線路、行程開關、分油器、伺服電動機、刀臺等可連接的其他動力或傳輸裝置后，拆卸絲杠、軸承等托板與機床的連接部件，使托板能夠獨立拆下。其他部件可采用支撐、懸掛等方式牢固固定在安全且不妨礙托板在導軌上用人力拖動的位置。

（3）拆下托板后用風槍吹掃各導軌面至干凈，用水平橋和平直尺檢測床身支撐導軌面，如25（25 mm）范圍內點數不少于12 點（精密機床16 點），水平橋顯示值在合格范圍之內，此導軌可不修理，僅需修理粘貼聚四氟乙烯板的導軌面。

（4）取下粘貼在原導軌上的舊導軌板，用刮刀鏟凈殘余導軌板和剩余的凝膠后，用汽油或稀料清潔需重新張貼導軌板的粘貼面，3～5 min后可用角磨機在粘貼面進行表面光潔，此工作可使粘貼效果良好,然后畫線確定出油孔位置坐標線，方便粘貼新導軌板后，重新加工出油孔時確定位置（圖1）。

圖1 油孔位置確定

4.2 粘貼

（1）裁剪：按照需粘貼的導軌寬度加1～2 mm，長度方向兩端加長20 mm。

（2）粘合劑配置：一般采用AB 膠按照1∶1 的劑量混合，然后攪拌均勻至暗黃色（不同廠家顏色有差異，均勻即可）待用。

（3）涂膠：由于市場采購的導軌板呈卷狀，所以在涂膠前，在虎鉗卡上一段光滑金屬棒，兩手抻緊導軌板在金屬棒上來回抻拽，用來修直導軌板，以易于粘貼。由于導軌板面積較粘貼金屬面面積較大，涂膠建議涂在導軌板凹向金屬粘貼面一側。為保證粘貼可靠，金屬粘貼面亦可涂膠，膠層厚度不大于1 mm，涂刷均勻。

（4）粘貼：導軌板粘貼在金屬導軌上時分點按壓，保證托板翻轉后不脫落即可。

4.3 壓合凝固

用棉布清理機床導軌面無雜物，然后用報紙或其他防止粘和的物品，按照大于導軌結合面的面積，裁剪后，放置在機床導軌上。粘貼完導軌板的托板在兩滑動面連接部位為起吊點，小心吊起后并反轉，安放在機床導軌上，通過伸出兩側的導軌板調整導軌板位置合適后，根據機床托板的重量，外部施加25～50 kg壓力，常溫下（冬季溫度不低于5 ℃）靜置24 h 即可。垂直托板（如立式加工中心Z 軸）可用規則長方鐵，用75 kPa 的壓力外部加壓，加壓時間比在機床上凝固時增加4 h（圖2）。

圖2 壓合凝固

4.4 修整刮研

（1）拆卸壓塊或重物，取下托板翻轉，用刮刀清除、修整多余膠、紙屑，并把金屬導軌粘結面外多余導軌板切除，并倒45°角。

（2）用水平橋、平尺、紅丹粉（普魯士藍）粗檢，初步確定粘貼的導軌板高低點，進行粗刮。

（3）多次按（2）步修刮，直至平尺用檢測25（25 mm）有12～16 點（精密機床16～20 點）；水平橋檢測各導軌之間平行度為0.015 mm（0.012 mm 為出廠精度）之內（圖3～圖4）。

圖3 合格點數檢測

圖4 水平橋檢測導軌扭曲

（4）根據先前畫線找到出油口位置，先用小于孔徑的鉆頭鉆小孔，然后手工開孔至原孔徑，對出油管道疏通、吹掃并清理干凈。

（5）S 形油槽加工：開油槽時，可先在導軌板上，用油槽模板或純手工畫出通過出油口規則的波浪線（圖5）；把角磨機換上接近出油口且略小于出油孔直徑尺寸厚度的切割片，將角磨機或旋轉銼固定在專用支架上，在平臺上或其他較平的物品上試切，保證導軌板切深達導軌板厚度的1/2，角磨機固定在支架后，即可在修刮好的導軌板上沿畫線進行開油槽工作，熟練時可直接手工加工，完畢后修整邊角(圖6、圖7)。

圖5 模板畫槽

圖6 旋轉銼開槽

圖7 角磨機開槽

（6）整體恢復：安裝托板及其他部件恢復機床結構，啟動機床用匹配檢具，測試機床動、靜態精度，合格后，工作完成，交驗。

5 結論

聚四氟乙烯板是當前普通數控機床導軌精度恢復中的主要材料，由于其具有各種良好的性能，在工作實踐中積累了各種簡易實用的導軌精度恢復方法。本文中介紹了粘貼恢復的程序，簡易工具角磨機在導軌板恢復中的拓展使用，此種方法一般保障在48 h 內恢復普通機床的導軌精度，并且極大降低了工作強度和成本費用。此種方法在其他普通、數控設備同樣適用。