四川（chuān）長征機床（chuáng）集團有限公司生產的首台GLDC4000 動梁龍門移（yí）動複合加（jiā）工（gōng）中心為重型機床，其滑板靜壓導軌采用的是黃銅導軌板結構，在實際加工及裝配調試過程中，發現黃銅（tóng）導軌板加（jiā）工（gōng）複雜（zá），刮（guā）研工作量大；滑板反複吊裝困難；生產周期長等問題。於是在接下來的GLF4000 雙龍門加工中心設計中，決定將滑板靜壓導軌結構改進設計（jì）為耐磨塗層和貼塑相（xiàng）結合的方（fāng）式。

      導軌耐磨塗層是以環氧樹脂和二（èr）硫化鉬為（wéi）基體，加入增塑（sù）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（liào）塗層。為增加耐磨（mó）塗層的（de）接觸麵積，需將動導軌麵進行粗加工，一般用梳刨刀在接觸（chù）麵加工（gōng）出鋸齒形。減磨（mó）塗層具有以下特點：

      （1）複印成（chéng）型，精度好；

      （2）製造周期短；

      （3）良好的摩擦（cā）性，摩擦係數成正（zhèng）斜（xié）率——防爬行（háng）好；

      （4）耐磨性好（hǎo），摩擦副合（hé）理，軟硬相配，抗擦傷性好；

      （5）塗層與（yǔ）金屬的結合力強，附著性好；

      （6）良好（hǎo）的加工性，可經車、銑、刨、鑽、磨削和刮削。

      導軌貼塑是（shì）將聚四氟乙烯導軌軟帶（dài）等特製的複合工程（chéng）塑料帶直接粘貼在動導（dǎo）軌上，動導軌在（zài）貼塑前貼合麵須精（jīng）加工平整，以使貼塑帶與導軌粘貼更好。導軌（guǐ）貼塑具有以下特點：

      （1）摩（mó）擦（cā）性能好；

      （2）耐磨特性好；

      （3）減振（zhèn）性好（hǎo）；

      （4）工藝性能好。

1 改（gǎi）進方案

      滑板底部承重（chóng）麵黃銅導軌板及（jí）一邊內側麵定位黃銅導軌板不起調整作用（yòng），與滑板是固定連接在一起的，故這幾（jǐ）處的黃銅導軌板可（kě）以去掉，在相應位置采用減磨塗層替代，而側麵的鑲條黃銅導軌板及（jí）背麵（miàn）的扣壓黃銅導（dǎo）軌（guǐ）板因需要（yào）調整間隙，相（xiàng）對於（yú）滑（huá）板來說需要能夠移動調整，以使導軌間隙達到最佳要（yào）求（qiú），故這幾處的黃銅導軌板改為（wéi）鑄鐵板貼塑的方式（如圖1、圖2 所示（shì））。這樣改進的好處是減（jiǎn）少了刮研（yán）量和反複起吊滑板（bǎn）的工作量。滑板底部承重麵和內側定位麵減磨塗層一（yī）次成型，若成型得好，幾乎不用（yòng）刮研（即（jí）時（shí）局部需（xū）再刮研也是很少的刮研量（liàng）），尤其是滑板底部承重麵（miàn）接觸麵積大，采用黃銅導軌板刮研（yán）量相（xiàng）當大，且刮研時需（xū）吊起滑板。外側調整鑲條和背麵扣壓板改為貼塑之後，也使得（dé）刮研（yán）工（gōng）作強度大大降低，塑料刮研比起銅（tóng）板刮研要輕鬆許多。

2 導（dǎo）軌減磨塗層（céng）的工藝

      （1）導軌塗層的工件製備：在（zài）塗敷前將滑板（bǎn）需塗層的導軌麵進行粗（cū）加工，用梳刨刀（dāo）在基麵加（jiā）工出（圖3）所示的形式，兩側留有支撐邊，支撐邊用以承（chéng）受滑板壓（yā）合（hé）時支撐重力的作用和控製塗層厚度的（de）作（zuò）用；床身導軌精加工好（hǎo）後，將其水（shuǐ）平（píng）調整到（dào）裝配（pèi）精度要求，並將床身與地腳固（gù）定好。

      （2）塗（tú）層（céng）前工件的清洗及（jí）準備：將加工好的滑板導軌麵去除毛刺，並用清洗劑（如丙酮）清（qīng）洗滑板和床身導軌麵上的汙物，清洗至（zhì）擦不出任何（hé）汙物為止。然後在床身導軌上塗敷1%的脫模劑（如有機玻（bō）璃丙酮溶液），要求塗敷均勻光整。在床身和滑板上塗層有可能溢到的地方也塗上脫模（mó）劑，但切忌將脫模劑塗到（dào）滑板待塗層的麵上。

      （3）塗（tú）層施工與定位：計算需要塗層的體積，以（yǐ）此確定出塗層用量，並將塗層料按一定比例（lì）混合並調和均勻。將滑板吊（diào）至地麵並使其導軌麵朝上。逐層用減磨塗（tú）料塗敷到導軌麵上，塗層的兩端要高出支撐邊約0.5 mm，塗層應刷成微弧型麵（miàn），以便於壓緊時塗層的流淌（如圖4 所示）。控（kòng）製壓合前塗料的時間不超過1 小時。減磨塗（tú）層塗好後（hòu），在滑板承重麵的支撐邊和內側定位麵（miàn）支撐邊均布放置1 mm 厚等（děng）高塊（如圖5 所（suǒ）示），可以用粘（zhān）結劑使其與支撐邊粘貼好，然後將滑板翻轉吊過來，放到（dào）床身導軌上扣合。滑板自身（shēn）重力可保證承重麵充分壓緊，而內側定位麵（miàn）則需另外用工裝將滑板往床身外側頂拉，使側定位（wèi）麵也與床身導軌側麵充分壓（yā）緊。扣合好後，固化時間不低於（yú）24 小（xiǎo）時。在等（děng）高塊（kuài）的作用下，固化好（hǎo）後的塗層導軌麵高於支撐金屬麵1 mm，可以保證運行時無金（jīn）屬接觸摩擦。

      （4）起模加工：經扣合24 小時固化後，吊起滑板翻轉過來，檢查塗層麵有無空洞等（děng）缺陷，並將塗層導（dǎo）軌周邊扣合時滲出的殘留餘料清理幹淨。然後（hòu）將滑板運至龍門銑床按設計圖紙加工出靜（jìng）壓油槽。

      （5）刮研：油槽加工好後，將（jiāng）滑板再放到床身上與（yǔ）床身導軌進行合研，用鏟刀輕刮塗層麵即可，不需多大力氣。經實踐證明，滑板塗層導（dǎo）軌（guǐ）麵起模後光潔度較高，少量的刮研後即可合研至精（jīng）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（tiē）塑麵精加工至要求尺寸，表麵粗（cū）糙度應達到Ra 6.3以上，以使貼塑（sù）塊與金屬麵粘貼（tiē）更牢固。因貼塑塊在貼合好後表（biǎo）麵需加工一刀（dāo）使其平整，加工量約（yuē）為0.2 mm，最後刮研的時候（hòu）又需刮去（qù）約0.1 mm 的厚度。故若采用2 mm 的貼塑塊，最後經加（jiā）工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－貼塑塊剩餘厚度。如滑板側麵鑲條（tiáo）導軌和背麵扣壓導軌大端尺寸為30 mm，則貼塑（sù）前應（yīng）加工至30 mm－1.7 mm＝28.3 mm。

      （2）貼塑塊粘貼（tiē）：在粘貼貼塑塊（kuài）之前同樣需對導軌粘貼金（jīn）屬麵進行清理和清洗（xǐ），然後用強力粘結（jié）劑將貼塑塊粘貼到金屬（shǔ）麵上，粘貼好（hǎo）後用工裝將貼塑塊壓緊在導（dǎo）軌（guǐ）麵（miàn）上並保持固化時間24 小時以上。

      （3）貼塑塊表麵加工與開油槽：先將導軌貼塑塊表麵用磨床磨去0.2 mm，使其平整，然後用銑床（chuáng）加工（gōng）出油槽，油槽深度為0.8 mm。加工（gōng）油槽的時候，切忌將油槽銑穿至金屬麵，因油槽銑穿後（hòu），在長期（qī）使用中會使油（yóu）慢慢浸入貼塑（sù）塊粘貼麵，造成（chéng）貼塑塊的脫落。

      （4）刮研：將加工好的貼塑導軌與床身（shēn）合研，因貼塑導軌（guǐ）板屬於（yú）可調整的鑲（xiāng）條導軌（guǐ）板，與滑板能夠拆離，故合（hé）研時（shí）不需頻繁翻（fān）轉起吊滑板（bǎn），隻需將鑲條嵌入滑板與床身導軌之間合（hé）研，然後取出刮研，貼塑塊刮研（yán）也比銅導軌板輕鬆容易（yì）得多，反複多次輕刮至（zhì）合研（yán）精度要求為止。

4 靜壓油槽結構（gòu）設計（jì）

      （1）等效油腔（qiāng）

靜壓導軌的油腔分為油（yóu）腔式及油槽式兩種。具有同樣輪廓尺寸B、L 的油墊支撐，隻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麵積（如圖6 所示（shì））。 

      （2）油腔形式及尺寸的設計

      ①油腔應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（shàng）未浮起時的靜壓推力。如（rú）果導軌麵之間貼合非常緊密，則油液隻能充滿油腔的挖空部分，此時的承載麵積遠小於有效承載麵積Ae：

                 Ae＝(L＋l)(B＋b) （1）  

      式中：L 為每個油墊支撐的（de）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（qiāng）的寬度（dù），cm。

      一般由於（yú）導軌麵並非貼合（hé）得十分緊密（mì），油液總有一部分（fèn）滲入結合麵之間，因此，實際的初始承載（zǎi）麵積，大致介於有（yǒu）效承載麵積與油腔（qiāng）挖空部分麵積之間：

                     Ae'＝(Ae＋Ar) （2）

      式中：Ae'為實際的油腔承載麵積，cm2，初始（shǐ）承載麵積；Ae 為（wéi）油（yóu）腔有效承載麵積cm2；Ar 為油腔挖空（kōng）部分麵積（jī），cm2。油腔的初始托舉力為：

                         Fro＝Ps×Ae' （3）

      式中：Fro 為（wéi）初始托距力，kgf；Ps 為油泵（bèng）供油壓（yā）力，kgf/cm2。要使移動件浮（fú）起，必須使初始托舉力大（dà）於移動件的自重（chóng）及其（qí）上的最（zuì）大工件重量：

                          Fro≥Fg＋Fgmax

      式中：Fg 為移（yí）動件重（chóng）量，kgf；Fgmax 為工件最（zuì）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量。但油槽也不能太寬，否則導軌接觸（chù）麵積小，比壓增大，當（dāng）偶然斷油時，會損壞導軌麵，因（yīn）此必須合（hé）理選擇。

      ②考慮動壓力對油膜厚（hòu）度的影響，在靜壓（yā）導軌麵上應設縱（zòng）向（xiàng）的支撐s1 和s2（見圖（tú）6）。

      ③油槽要（yào）便於（yú）加工。

      （3）油（yóu）腔數及其布（bù）置

      為了（le）使油膜均勻，每條導軌（guǐ）麵在（zài）其長度方向（xiàng）的（de）油（yóu）腔數不得少於2 個，油（yóu）腔之間設置回油槽，各個油腔（qiāng）的壓力互不幹（gàn）擾。一（yī）般推薦：導軌長度在2 m 以下時，取2～4 個油腔；導軌長度在2 m 以上時（shí），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（bú）要開得太長，否則不利於調整。

      下麵以滑板為例設計其底（dǐ）部承重麵靜壓導軌油槽尺寸及確定（dìng）靜（jìng）壓供油壓力（lì）。滑板底麵塗層靜壓導軌長度為2790 mm，單個滑板自重約6000 kg，滑板上有立柱，操作站（zhàn），橫梁，液壓站等總計重量約為68000 kg，這些力設為由兩個滑板均勻支撐，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（jí）油腔（qiāng）尺寸

      由於導軌較長，決定分成（chéng）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（de）寬度均（jun1）取（qǔ）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（tú）7 所示。

      ②確定油泵供（gòng）油壓力（lì）Ps每個滑板底麵靜壓油腔數為（wéi）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（yǒu）效承載麵積Ae＝1161 CM2，另根據油腔尺寸算出（chū）每個油腔挖空部分麵積Ar＝658.5 CM2；根據式 

      （3），算（suàn）出油腔需要的供油（yóu）壓力Ps＝Fro/Ae'＝7.6 kgf/CM2，滑板托起後在運動（dòng）過程中（zhōng）油腔的有效承載麵積Ae 比初始承載麵積Ae'更大，此時需要的供油壓力反而比（bǐ）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（zhèng）常（cháng）運行的油泵壓力至少應大於於或等於7.6 kgf/CM2。若算出所需（xū）的油泵壓力超出額定值，則可通過調整油腔B、L、b、l 的尺寸，改變所需靜壓力，使油泵（bèng）工作（zuò）在（zài）正常（cháng）壓力範圍內。

      定量（liàng）供（gòng）油式（shì）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 存在以下關係：

      可見油腔壓力與（yǔ）油膜（mó）厚度立方成反比，這也說明了為什麽在初始（shǐ）時油腔壓力大於運行時油腔壓力，因為初始時滑板未托起（qǐ）的油膜厚度小（xiǎo）於工作時油膜（mó）厚度，工作時油膜厚度（dù）約為0.05 mm。

      同理可以（yǐ）算出（chū）滑板其餘靜壓導軌麵的壓力，因滑板內側定位麵導軌與（yǔ）鑲條導軌及底（dǐ）部的扣壓導（dǎo）軌板隻是改成（chéng）了塗層或貼塑導軌（guǐ）形（xíng）式，而外形尺寸並沒有改變，故油槽形式可以（yǐ）保持不變。

5 效益分析（xī）

      滑板靜壓導軌采用減磨塗（tú）層和貼塑改進後（hòu），在材料（liào）、加工、裝配各方麵都比（bǐ）原（yuán）來有明顯優勢，下麵用表1 比較分析各項費用（yòng）。

      對比（bǐ）可發（fā）現由此（cǐ）帶來的經濟效益是非常可觀的。

6 結語

      靜壓（yā）導軌采用塗層和（hé）貼（tiē）塑相結合的方式，不僅大（dà）大提高了導軌的配合要求，而且在提（tí）高導軌性能的基礎上還減少了成本（běn）和顯著提（tí）高了生產效率（lǜ）。導軌塗層這項技（jì）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（hòu），這（zhè）項技（jì）術在（zài）國內有了較快的發展，目前廣泛應用於（yú）機（jī）床（chuáng）、國防軍工、機械、能源等行業的複雜重要部件上，對國家（jiā）重（chóng）大裝備製造業及機電行業的發展有重（chóng）要意義。