四川長征機床集團有限公司生產的首台GLDC4000 動梁（liáng）龍門移動（dòng）複合加工中心為重型機床（chuáng），其滑板靜壓導（dǎo）軌采用的（de）是黃銅導軌板結構，在（zài）實際加工及（jí）裝配調試過程中，發現黃（huáng）銅導軌板加工複雜（zá），刮（guā）研工作（zuò）量大；滑板反複吊裝困（kùn）難（nán）；生產周期長等問題。於是在接下來的GLF4000 雙龍門加工中（zhōng）心設計中，決定將（jiāng）滑板靜壓導軌結構改（gǎi）進設計（jì）為耐磨塗層和貼塑相結合的方式。

      導軌耐磨塗層是以環（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（yī）組份的雙組分（fèn）塑料塗層。為增加耐磨塗層的（de）接（jiē）觸麵積，需將動導軌麵進行粗加工，一般用梳刨刀在接觸麵加工出鋸齒形。減磨塗層具有以下特點：

      （1）複（fù）印成型，精度好；

      （2）製造周期短（duǎn）；

      （3）良好的摩（mó）擦性，摩擦係數成正斜率——防爬行好；

      （4）耐磨性好，摩擦副合理，軟硬相配，抗擦傷性好；

      （5）塗層與金屬的結合力強（qiáng），附著性好；

      （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（sì）氟乙烯導軌軟帶等特製的複合工程塑料帶直（zhí）接粘貼在（zài）動（dòng）導軌上，動導軌在貼塑前貼合麵須精加工平整，以使貼塑帶與導軌粘貼更好。導軌貼塑具（jù）有以下特點：

      （1）摩擦性能好；

      （2）耐（nài）磨特性好；

      （3）減振性好；

      （4）工藝性能好（hǎo）。

1 改進方案

      滑板底部承重麵黃銅導軌板及一邊內側麵定位黃銅（tóng）導軌板不起調整作用，與滑板是固定連（lián）接在一（yī）起的，故這幾處的黃銅（tóng）導軌板可以去掉（diào），在相應位置采用（yòng）減磨塗層（céng）替代（dài），而（ér）側麵的鑲條黃銅導軌（guǐ）板及背麵的扣壓黃銅導軌板因（yīn）需要調整間隙，相對於滑板來說需要能夠移動調（diào）整，以使（shǐ）導軌間（jiān）隙達到最佳要求，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（suǒ）示）。這樣改進的（de）好處（chù）是（shì）減少了刮研量和（hé）反複起吊滑板的（de）工作（zuò）量。滑板底部承（chéng）重（chóng）麵和內側定位麵減磨塗層一次成型，若成型得好，幾乎不（bú）用刮研（即（jí）時局部需再刮研也是很少的刮研量），尤其是滑板底部承重麵接觸麵積大，采用黃銅（tóng）導軌板刮研量相當大（dà），且刮（guā）研時需吊（diào）起滑板。外側調整鑲條和背麵扣壓板改為貼塑之後（hòu），也使得刮（guā）研工作強度大大降低，塑料刮研比起銅板刮研（yán）要輕鬆許（xǔ）多（duō）。

2 導軌減磨塗（tú）層的工藝

      （1）導軌塗層的工件製備：在塗敷前將滑板需塗層的導軌麵進行（háng）粗加工，用梳刨刀在基麵加工出（圖3）所示的（de）形（xíng）式，兩側（cè）留有支撐邊（biān），支撐邊用以承受滑板壓合時支撐重力的作用和控製（zhì）塗層厚度的作用（yòng）；床身（shēn）導軌（guǐ）精加工好後，將其（qí）水平調（diào）整到裝配精度要求，並將床身與（yǔ）地（dì）腳固定好。

      （2）塗層前工件的清洗及準備：將加工好（hǎo）的（de）滑板導軌麵去除毛（máo）刺，並用清洗（xǐ）劑（如丙酮）清洗滑板和床身導軌麵上的汙物，清洗至擦不出任何汙物為止。然後在床（chuáng）身導軌上（shàng）塗敷1%的脫模劑（如有機玻璃丙酮溶液），要（yào）求塗敷均勻光整。在床身和滑（huá）板上塗層有（yǒu）可能溢到的地方也塗上脫模劑，但切忌將脫模劑塗到滑板待塗層的麵上。

      （3）塗層施工與定位：計算需要塗層的體積（jī），以此確定出塗層用量，並（bìng）將塗層（céng）料按一定比例混合並調和均勻。將滑（huá）板吊至地麵並使（shǐ）其導軌麵朝上。逐層用減磨塗料塗敷到導軌麵上，塗層（céng）的兩端要高出支撐邊約0.5 mm，塗層應刷成微弧型麵，以便於壓緊時塗層的流淌（如圖（tú）4 所示）。控製壓（yā）合前塗料的時間（jiān）不超過1 小時。減磨塗層塗好後，在滑板承重麵的支撐邊和內側定位（wèi）麵支撐邊均布放置1 mm 厚等高塊（如圖5 所示），可以用粘結劑使其與支撐邊粘貼好（hǎo），然後將滑板翻轉（zhuǎn）吊過來，放到床身導（dǎo）軌上扣合。滑板自（zì）身重力（lì）可保證承重麵充分壓緊，而內側（cè）定位麵則需另外用（yòng）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（chōng）分（fèn）壓緊。扣合好後，固化時間不低於24 小時。在等高塊的作用下，固（gù）化好後的（de）塗層導軌麵高於支撐金屬麵1 mm，可（kě）以保證運行（háng）時無金屬接觸摩擦。

      （4）起模（mó）加工：經扣合24 小時固化後，吊起滑板翻轉過來，檢查塗（tú）層麵有無空洞等缺（quē）陷，並將塗層導軌周邊扣合時滲出的（de）殘留餘料（liào）清理幹（gàn）淨。然（rán）後將（jiāng）滑板運至龍門銑床（chuáng）按設計圖紙加工出靜壓油槽。

      （5）刮研：油槽加工好後，將滑板（bǎn）再放到床身上與床身導軌進行合研，用鏟刀（dāo）輕刮塗層麵即可，不需多大（dà）力氣。經實踐證明，滑板塗層導軌麵（miàn）起模後光潔度較高，少量的刮研後（hòu）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：貼塑前將貼塑麵精加工至要求尺寸，表麵粗糙度應達到Ra 6.3以上，以使貼塑（sù）塊與金屬麵（miàn）粘貼（tiē）更牢固。因貼塑塊（kuài）在貼合好後表麵需加工一刀使其平整，加工量約為0.2 mm，最後刮研（yán）的時候又（yòu）需刮去約0.1 mm 的厚度。故若采用2 mm 的貼塑塊，最後經加工（gōng）刮研後貼塑塊剩餘厚約為2 mm－0.2mm－0.1 mm＝1.7 mm；導軌貼塑前厚度尺寸＝導軌最終厚度－貼（tiē）塑塊剩餘厚度。如滑板側麵鑲條導軌和背麵扣壓導軌大端尺寸為30 mm，則（zé）貼（tiē）塑前應加工至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軌粘貼（tiē）金屬麵進行清理和清洗，然後用（yòng）強力粘（zhān）結劑將貼塑塊粘貼到金（jīn）屬麵上，粘貼好後用工裝（zhuāng）將貼塑塊壓緊在（zài）導軌麵上並保持固化時間24 小時（shí）以上。

      （3）貼塑塊表麵（miàn）加工與開油槽：先將（jiāng）導軌（guǐ）貼塑塊表麵用磨床（chuáng）磨去0.2 mm，使其平整，然後用銑床加工出油（yóu）槽（cáo），油槽深度為0.8 mm。加工油槽（cáo）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塑塊（kuài）粘（zhān）貼麵，造成貼（tiē）塑塊的脫落。

      （4）刮研：將加工（gōng）好的貼塑導軌與床身合研，因貼塑導軌板屬於（yú）可調整的鑲條導軌板，與滑板能夠（gòu）拆離，故合研時不需頻繁翻轉（zhuǎn）起吊滑（huá）板，隻需將鑲條嵌入滑板與床身導軌之間合研，然後取出刮研，貼塑塊刮研也比銅導軌板輕鬆容易得多，反複多次輕刮至合研精度要求為止。

4 靜（jìng）壓油槽結構設計（jì）

      （1）等效油腔

靜壓（yā）導軌的（de）油腔分（fèn）為油腔式及油槽式兩（liǎng）種。具有同樣輪廓尺寸B、L 的油墊支撐（chēng），隻要油（yóu）腔外圍的輪廓尺寸b、l 相同，則油腔具（jù）有（yǒu）等效（xiào）的有效承載麵積（如圖6 所示）。 

      （2）油腔形式及尺寸的設計

      ①油腔應（yīng）有足夠的初始托（tuō）舉（jǔ）力所謂（wèi）初始托舉力，是指油泵剛啟動而支撐尚未浮（fú）起時的靜壓（yā）推（tuī）力。如果導軌（guǐ）麵之間貼合（hé）非常緊密，則油液隻能充滿油腔的挖空部分，此時的承載麵積遠（yuǎn）小於有效承載麵積Ae：

                 Ae＝(L＋l)(B＋b) （1）  

      式中（zhōng）：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（gè）油墊的寬度，cm；b 為每（měi）個油（yóu）腔的寬度，cm。

      一般由於導軌麵並非貼合得十分緊密，油液總有一部分滲入結合麵之間，因此，實際的初始承載（zǎi）麵積，大致介於有效承載（zǎi）麵（miàn）積與油腔挖空部分麵積（jī）之間：

                     Ae'＝(Ae＋Ar) （2）

      式中：Ae'為實（shí）際的（de）油腔承載麵積（jī），cm2，初始承載麵積；Ae 為油（yóu）腔有效承載麵積cm2；Ar 為油腔挖空部分麵積（jī），cm2。油腔的初始托舉力（lì）為：

                         Fro＝Ps×Ae' （3）

      式中：Fro 為初始托距（jù）力，kgf；Ps 為油泵供油壓力，kgf/cm2。要使移動件（jiàn）浮起，必須使初始托舉力大（dà）於移動件的自重（chóng）及其上的最大工件重量：

                          Fro≥Fg＋Fgmax

      式中（zhōng）：Fg 為移動件（jiàn）重量，kgf；Fgmax 為工件最大的重量，kgf。顯然，為使（shǐ）有足夠（gòu）的（de）初始托舉力，必須要有足（zú）夠的油槽（cáo）寬度及（jí）油槽數量。但油槽也不能太寬，否則（zé）導軌接觸麵積小（xiǎo），比壓增大，當（dāng）偶然斷油時，會損壞導（dǎo）軌麵，因此必須合理選擇（zé）。

      ②考慮動壓力對油膜（mó）厚（hòu）度（dù）的影響（xiǎng），在靜壓（yā）導軌麵上應設縱（zòng）向的支撐s1 和s2（見圖6）。

      ③油槽（cáo）要便於加工。

      （3）油腔數及其布置

      為了使油膜均勻，每條導軌麵在其長度方向的油腔（qiāng）數不得（dé）少（shǎo）於2 個，油腔之間設（shè）置回油槽，各個油腔的壓力互不幹擾。一般推薦：導軌長度在2 m 以下時，取2～4 個（gè）油腔；導軌長度在2 m 以上時，一般不要超過5～6 個油腔，每個油腔的（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（bǎn）為例設計其（qí）底部承重麵靜壓導軌油槽（cáo）尺寸及確定靜壓供油壓力。滑板底麵（miàn）塗層靜壓導軌長度為2790 mm，單個（gè）滑板自重（chóng）約6000 kg，滑板上有立（lì）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（gè）滑板（bǎn）均勻（yún）支撐，於是單個滑板底麵導軌承受重力為68000/2＋6000＝40000 kg。

      定導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，油腔油槽及油腔之間的回油（yóu）槽（cáo）的寬度均取10 mm。考慮結（jié）構條件，取平導軌尺寸為：B＝220 mm，L＝690mm，b＝140mm，l＝600mm。如圖7 所示。

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

      （3），算出油腔需要的供油壓力Ps＝Fro/Ae'＝7.6 kgf/CM2，滑（huá）板托起後在運（yùn）動過程中油腔的有效承載麵積Ae 比初始承載麵積Ae'更大，此時（shí）需要的供油壓（yā）力（lì）反而比初（chū）始托起時壓力更小，可算得工作時油腔壓（yā）力為Fro/Ae＝4.3 kgf/CM2。因此保（bǎo）證（zhèng）滑板能正常運行的油泵壓力至少應大於於或等於7.6 kgf/CM2。若算（suàn）出所需的油泵壓力超出額（é）定值，則可通過調整油腔B、L、b、l 的尺寸，改變所需靜（jìng）壓力，使油泵（bèng）工作在正常壓力範圍內（nèi）。

      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、油膜厚度h 與潤滑油粘度ηt 存在以（yǐ）下關係：

      可見油腔壓力與油膜厚度立方成反比，這也（yě）說明了（le）為什麽在初始時油腔（qiāng）壓力大於運行時油腔壓（yā）力，因為初始時（shí）滑板未托起的（de）油（yóu）膜厚（hòu）度小（xiǎo）於工作時油膜厚度，工作時油膜厚度約為0.05 mm。

      同理可以（yǐ）算出滑板其餘靜壓導軌麵的壓力，因滑板內側定位麵導（dǎo）軌與鑲條導軌及底部的扣壓導軌板隻是改成了塗層或貼塑導軌（guǐ）形式，而外形尺（chǐ）寸並沒（méi）有改變，故油槽形式可以保持不變。

5 效益分析

      滑板靜壓導軌采用減磨塗層（céng）和貼塑改進後，在材料、加工、裝配各方麵都比原來有明顯（xiǎn）優勢，下麵用表1 比較分析各項費用。

      對（duì）比可發現由此帶來的經濟效益是（shì）非（fēi）常可觀（guān）的（de）。

6 結語

      靜壓（yā）導軌采用塗層和貼塑相結合的（de）方式，不僅大大提高了導軌的配合要求，而且在提高導軌性（xìng）能（néng）的（de）基礎（chǔ）上（shàng）還減（jiǎn）少了成本和顯著提高了生產效率。導軌塗層這（zhè）項技術，約上世紀60 年代起源於德國，1970 年後，伴隨著機床合（hé）作引入我國，2002 年後，這項技術在國內有了較快的發展，目前廣泛應用於機床、國防軍工、機械（xiè）、能源等行業的複（fù）雜重要部件（jiàn）上，對國家（jiā）重大裝備製造業及機電行業的發展有重要意（yì）義（yì）。