四川長征機(jī)床集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的首臺GLDC4000 動梁龍門移動復(fù)合加工中心為重型機(jī)床，其滑板靜壓導(dǎo)軌采用的是黃銅導(dǎo)軌板結(jié)構(gòu)，在實(shí)際加工及裝配調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)黃銅導(dǎo)軌板加工復(fù)雜，刮研工作量大；滑板反復(fù)吊裝困難；生產(chǎn)周期長等問題。于是在接下來的GLF4000 雙龍門加工中心設(shè)計中，決定將滑板靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計為耐磨涂層和貼塑相結(jié)合的方式。
導(dǎo)軌耐磨涂層是以環(huán)氧樹脂和二硫化鉬為基體，加入增塑劑，混合成液狀或膏狀為一組份和固化劑為另一組份的雙組分塑料涂層。為增加耐磨涂層的接觸面積，需將動導(dǎo)軌面進(jìn)行粗加工，一般用梳刨刀在接觸面加工出鋸齒形。減磨涂層具有以下特點(diǎn)：
（1）復(fù)印成型，精度好；
（2）制造周期短；
（3）良好的摩擦性，摩擦系數(shù)成正斜率——防爬行好；
（4）耐磨性好，摩擦副合理，軟硬相配，抗擦傷性好；
（5）涂層與金屬的結(jié)合力強(qiáng)，附著性好；
（6）良好的加工性，可經(jīng)車、銑、刨、鉆、磨削和刮削。
導(dǎo)軌貼塑是將聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶等特制的復(fù)合工程塑料帶直接粘貼在動導(dǎo)軌上，動導(dǎo)軌在貼塑前貼合面須精加工平整，以使貼塑帶與導(dǎo)軌粘貼更好。導(dǎo)軌貼塑具有以下特點(diǎn)：
（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(jìn)方案
滑板底部承重面黃銅導(dǎo)軌板及一邊內(nèi)側(cè)面定位黃銅導(dǎo)軌板不起調(diào)整作用，與滑板是固定連接在一起的，故這幾處的黃銅導(dǎo)軌板可以去掉，在相應(yīng)位置采用減磨涂層替代，而側(cè)面的鑲條黃銅導(dǎo)軌板及背面的扣壓黃銅導(dǎo)軌板因需要調(diào)整間隙，相對于滑板來說需要能夠移動調(diào)整，以使導(dǎo)軌間隙達(dá)到最佳要求，故這幾處的黃銅導(dǎo)軌板改為鑄鐵板貼塑的方式（如圖1、圖2 所示）。這樣改進(jìn)的好處是減少了刮研量和反復(fù)起吊滑板的工作量。滑板底部承重面和內(nèi)側(cè)定位面減磨涂層一次成型，若成型得好，幾乎不用刮研（即時局部需再刮研也是很少的刮研量），尤其是滑板底部承重面接觸面積大，采用黃銅導(dǎo)軌板刮研量相當(dāng)大，且刮研時需吊起滑板。外側(cè)調(diào)整鑲條和背面扣壓板改為貼塑之后，也使得刮研工作強(qiáng)度大大降低，塑料刮研比起銅板刮研要輕松許多。
2 導(dǎo)軌減磨涂層的工藝
（1）導(dǎo)軌涂層的工件制備：在涂敷前將滑板需涂層的導(dǎo)軌面進(jìn)行粗加工，用梳刨刀在基面加工出（圖3）所示的形式，兩側(cè)留有支撐邊，支撐邊用以承受滑板壓合時支撐重力的作用和控制涂層厚度的作用；床身導(dǎo)軌精加工好后，將其水平調(diào)整到裝配精度要求，并將床身與地腳固定好。
（2）涂層前工件的清洗及準(zhǔn)備：將加工好的滑板導(dǎo)軌面去除毛刺，并用清洗劑（如丙酮）清洗滑板和床身導(dǎo)軌面上的污物，清洗至擦不出任何污物為止。然后在床身導(dǎo)軌上涂敷1%的脫模劑（如有機(jī)玻璃丙酮溶液），要求涂敷均勻光整。在床身和滑板上涂層有可能溢到的地方也涂上脫模劑，但切忌將脫模劑涂到滑板待涂層的面上。
（3）涂層施工與定位：計算需要涂層的體積，以此確定出涂層用量，并將涂層料按一定比例混合并調(diào)和均勻。將滑板吊至地面并使其導(dǎo)軌面朝上。逐層用減磨涂料涂敷到導(dǎo)軌面上，涂層的兩端要高出支撐邊約0.5 mm，涂層應(yīng)刷成微弧型面，以便于壓緊時涂層的流淌（如圖4 所示）。控制壓合前涂料的時間不超過1 小時。減磨涂層涂好后，在滑板承重面的支撐邊和內(nèi)側(cè)定位面支撐邊均布放置1 mm 厚等高塊（如圖5 所示），可以用粘結(jié)劑使其與支撐邊粘貼好，然后將滑板翻轉(zhuǎn)吊過來，放到床身導(dǎo)軌上扣合。滑板自身重力可保證承重面充分壓緊，而內(nèi)側(cè)定位面則需另外用工裝將滑板往床身外側(cè)頂拉，使側(cè)定位面也與床身導(dǎo)軌側(cè)面充分壓緊。扣合好后，固化時間不低于24 小時。在等高塊的作用下，固化好后的涂層導(dǎo)軌面高于支撐金屬面1 mm，可以保證運(yùn)行時無金屬接觸摩擦。
（4）起模加工：經(jīng)扣合24 小時固化后，吊起滑板翻轉(zhuǎn)過來，檢查涂層面有無空洞等缺陷，并將涂層導(dǎo)軌周邊扣合時滲出的殘留余料清理干凈。然后將滑板運(yùn)至龍門銑床按設(shè)計圖紙加工出靜壓油槽。
（5）刮研：油槽加工好后，將滑板再放到床身上與床身導(dǎo)軌進(jìn)行合研，用鏟刀輕刮涂層面即可，不需多大力氣。經(jīng)實(shí)踐證明，滑板涂層導(dǎo)軌面起模后光潔度較高，少量的刮研后即可合研至精度要求。
3 導(dǎo)軌貼塑的工藝
（1）貼塑前的工件制備：貼塑前將貼塑面精加工至要求尺寸，表面粗糙度應(yīng)達(dá)到Ra 6.3以上，以使貼塑塊與金屬面粘貼更牢固。因貼塑塊在貼合好后表面需加工一刀使其平整，加工量約為0.2 mm，最后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，最后經(jīng)加工刮研后貼塑塊剩余厚約為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－貼塑塊剩余厚度。如滑板側(cè)面鑲條導(dǎo)軌和背面扣壓導(dǎo)軌大端尺寸為30 mm，則貼塑前應(yīng)加工至30 mm－1.7 mm＝28.3 mm。
（2）貼塑塊粘貼：在粘貼貼塑塊之前同樣需對導(dǎo)軌粘貼金屬面進(jìn)行清理和清洗，然后用強(qiáng)力粘結(jié)劑將貼塑塊粘貼到金屬面上，粘貼好后用工裝將貼塑塊壓緊在導(dǎo)軌面上并保持固化時間24 小時以上。
（3）貼塑塊表面加工與開油槽：先將導(dǎo)軌貼塑塊表面用磨床磨去0.2 mm，使其平整，然后用銑床加工出油槽，油槽深度為0.8 mm。加工油槽的時候，切忌將油槽銑穿至金屬面，因油槽銑穿后，在長期使用中會使油慢慢浸入貼塑塊粘貼面，造成貼塑塊的脫落。
（4）刮研：將加工好的貼塑導(dǎo)軌與床身合研，因貼塑導(dǎo)軌板屬于可調(diào)整的鑲條導(dǎo)軌板，與滑板能夠拆離，故合研時不需頻繁翻轉(zhuǎn)起吊滑板，只需將鑲條嵌入滑板與床身導(dǎo)軌之間合研，然后取出刮研，貼塑塊刮研也比銅導(dǎo)軌板輕松容易得多，反復(fù)多次輕刮至合研精度要求為止。
4 靜壓油槽結(jié)構(gòu)設(shè)計
（1）等效油腔
靜壓導(dǎo)軌的油腔分為油腔式及油槽式兩種。具有同樣輪廓尺寸B、L 的油墊支撐，只要油腔外圍的輪廓尺寸b、l 相同，則油腔具有等效的有效承載面積（如圖6 所示）。
（2）油腔形式及尺寸的設(shè)計
①油腔應(yīng)有足夠的初始托舉力所謂初始托舉力，是指油泵剛啟動而支撐尚未浮起時的靜壓推力。如果導(dǎo)軌面之間貼合非常緊密，則油液只能充滿油腔的挖空部分，此時的承載面積遠(yuǎn)小于有效承載面積Ae：
Ae＝
(L＋l)(B＋b) （1）
式中：L 為每個油墊支撐的長度，cm；l 為每個油腔的長度，cm；B 為每個油墊的寬度，cm；b 為每個油腔的寬度，cm。
一般由于導(dǎo)軌面并非貼合得十分緊密，油液總有一部分滲入結(jié)合面之間，因此，實(shí)際的初始承載面積，大致介于有效承載面積與油腔挖空部分面積之間：
Ae'＝
(Ae＋Ar) （2）
式中：Ae'為實(shí)際的油腔承載面積，cm2，初始承載面積；Ae 為油腔有效承載面積cm2；Ar 為油腔挖空部分面積，cm2。油腔的初始托舉力為：
Fro＝Ps×Ae' （3）
式中：Fro 為初始托距力，kgf；Ps 為油泵供油壓力，kgf/cm2。要使移動件浮起，必須使初始托舉力大于移動件的自重及其上的最大工件重量：
Fro≥Fg＋Fgmax
式中：Fg 為移動件重量，kgf；Fgmax 為工件最大的重量，kgf。顯然，為使有足夠的初始托舉力，必須要有足夠的油槽寬度及油槽數(shù)量。但油槽也不能太寬，否則導(dǎo)軌接觸面積小，比壓增大，當(dāng)偶然斷油時，會損壞導(dǎo)軌面，因此必須合理選擇。
②考慮動壓力對油膜厚度的影響，在靜壓導(dǎo)軌面上應(yīng)設(shè)縱向的支撐s1 和s2（見圖6）。
③油槽要便于加工。
（3）油腔數(shù)及其布置
為了使油膜均勻，每條導(dǎo)軌面在其長度方向的油腔數(shù)不得少于2 個，油腔之間設(shè)置回油槽，各個油腔的壓力互不干擾。一般推薦：導(dǎo)軌長度在2 m 以下時，取2～4 個油腔；導(dǎo)軌長度在2 m 以上時，一般不要超過5～6 個油腔，每個油腔的長度為0.5～1.5 m。油腔不要開得太長，否則不利于調(diào)整。
下面以滑板為例設(shè)計其底部承重面靜壓導(dǎo)軌油槽尺寸及確定靜壓供油壓力。滑板底面涂層靜壓導(dǎo)軌長度為2790 mm，單個滑板自重約6000 kg，滑板上有立柱，操作站，橫梁，液壓站等總計重量約為68000 kg，這些力設(shè)為由兩個滑板均勻支撐，于是單個滑板底面導(dǎo)軌承受重力為68000/2＋6000＝40000 kg。
定導(dǎo)軌的油腔數(shù)及油腔尺寸
由于導(dǎo)軌較長，決定分成四段油腔，每段油腔長690 mm，油腔油槽及油腔之間的回油槽的寬度均取10 mm。考慮結(jié)構(gòu)條件，取平導(dǎo)軌尺寸為：B＝220 mm，L＝690mm，b＝140mm，l＝600mm。如圖7 所示。
②確定油泵供油壓力Ps每個滑板底面靜壓油腔數(shù)為8 個，故每個油腔承受的初始托力Fro＝40000 kg/8＝5000kg；將平導(dǎo)軌尺寸代入式（1），算出油腔有效承載面積Ae＝1161 CM2，另根據(jù)油腔尺寸算出每個油腔挖空部分面積Ar＝658.5 CM2；根據(jù)式
（3），算出油腔需要的供油壓力Ps＝Fro/Ae'＝7.6 kgf/CM2，滑板托起后在運(yùn)動過程中油腔的有效承載面積Ae 比初始承載面積Ae'更大，此時需要的供油壓力反而比初始托起時壓力更小，可算得工作時油腔壓力為Fro/Ae＝4.3 kgf/CM2。因此保證滑板能正常運(yùn)行的油泵壓力至少應(yīng)大于于或等于7.6 kgf/CM2。若算出所需的油泵壓力超出額定值，則可通過調(diào)整油腔B、L、b、l 的尺寸，改變所需靜壓力，使油泵工作在正常壓力范圍內(nèi)。
定量供油式靜壓導(dǎo)軌由于每個油腔的留量為常數(shù)，因此油腔壓力Pr、油膜厚度h 與潤滑油粘度ηt 存在以下關(guān)系：
可見油腔壓力與油膜厚度立方成反比，這也說明了為什么在初始時油腔壓力大于運(yùn)行時油腔壓力，因?yàn)槌跏紩r滑板未托起的油膜厚度小于工作時油膜厚度，工作時油膜厚度約為0.05 mm。
同理可以算出滑板其余靜壓導(dǎo)軌面的壓力，因滑板內(nèi)側(cè)定位面導(dǎo)軌與鑲條導(dǎo)軌及底部的扣壓導(dǎo)軌板只是改成了涂層或貼塑導(dǎo)軌形式，而外形尺寸并沒有改變，故油槽形式可以保持不變。
5 效益分析
滑板靜壓導(dǎo)軌采用減磨涂層和貼塑改進(jìn)后，在材料、加工、裝配各方面都比原來有明顯優(yōu)勢，下面用表1 比較分析各項費(fèi)用。
對比可發(fā)現(xiàn)由此帶來的經(jīng)濟(jì)效益是非常可觀的。
6 結(jié)語
靜壓導(dǎo)軌采用涂層和貼塑相結(jié)合的方式，不僅大大提高了導(dǎo)軌的配合要求，而且在提高導(dǎo)軌性能的基礎(chǔ)上還減少了成本和顯著提高了生產(chǎn)效率。導(dǎo)軌涂層這項技術(shù)，約上世紀(jì)60 年代起源于德國，1970 年后，伴隨著機(jī)床合作引入我國，2002 年后，這項技術(shù)在國內(nèi)有了較快的發(fā)展，目前廣泛應(yīng)用于機(jī)床、國防軍工、機(jī)械、能源等行業(yè)的復(fù)雜重要部件上，對國家重大裝備制造業(yè)及機(jī)電行業(yè)的發(fā)展有重要意義。
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