四川長征機床集團有限公司生產的首台GLDC4000 動梁龍門移動（dòng）複合加（jiā）工中心為重型機床，其滑板靜壓導軌（guǐ）采用的是（shì）黃銅導軌板結構，在實際加工及（jí）裝配調試過程中（zhōng），發現黃銅（tóng）導軌板加工複雜，刮研工作量大；滑板反複（fù）吊裝困難；生（shēng）產周期長等問題。於是在接（jiē）下來的GLF4000 雙龍門加工中心設計（jì）中（zhōng），決（jué）定將滑板靜壓導軌結構改進設計為耐（nài）磨塗層（céng）和貼塑（sù）相結合的方式。

      導軌耐磨塗層是以環氧樹脂和二硫化鉬為基體，加入增塑劑，混合成液（yè）狀或膏（gāo）狀為一組份和固化劑為另一組份的（de）雙組分塑料（liào）塗層。為增加耐磨塗層的接觸麵積，需（xū）將動導軌（guǐ）麵進行粗加工，一般用梳刨刀在接觸麵加工（gōng）出鋸（jù）齒形（xíng）。減（jiǎn）磨塗層具有以下特點：

      （1）複印成型，精度好；

      （2）製造周期短；

      （3）良好的摩擦性，摩擦係數成（chéng）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（shǔ）的結合力（lì）強，附著性好；

      （6）良好的加工性，可（kě）經車、銑、刨、鑽、磨削（xuē）和（hé）刮削。

      導軌貼塑是將聚四氟乙烯導軌軟帶等特製的複合工程塑料帶直接粘貼在動導軌上，動導（dǎo）軌在貼塑前貼合麵須（xū）精加工平整，以使貼（tiē）塑帶（dài）與導軌粘貼更好。導軌貼塑具有以下特（tè）點：

      （1）摩擦性能好；

      （2）耐磨特性好；

      （3）減振（zhèn）性好；

      （4）工藝性能好。

1 改進方案

      滑板底（dǐ）部承（chéng）重麵黃銅（tóng）導軌板及一邊內側麵定位黃銅（tóng）導軌板不起調整作用，與滑板是固定連接（jiē）在一起的，故這幾處的黃銅導軌板可以去掉，在相應位置采用減磨塗層替代，而側麵的鑲條（tiáo）黃銅導軌（guǐ）板（bǎn）及背麵的扣壓黃銅導軌板因需要調整（zhěng）間隙，相對於滑板來說需要能（néng）夠（gòu）移動調整，以使導軌間隙達（dá）到最佳要求（qiú），故這幾（jǐ）處的黃銅導軌（guǐ）板改為鑄鐵板貼塑的方式（如圖1、圖2 所（suǒ）示）。這（zhè）樣改進的好處是減少了刮研量和反複起吊（diào）滑板的工作量。滑板底部承重麵和內側定位麵減磨（mó）塗層一次成型，若成（chéng）型得好，幾乎不（bú）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麵接觸麵（miàn）積大，采用黃銅導（dǎo）軌板刮研量相當大，且（qiě）刮（guā）研時需吊起滑板。外側調整鑲條和背麵（miàn）扣壓板改為貼塑之後，也使得刮研工作強度大大降低，塑料刮研比起銅板刮研要輕（qīng）鬆許多。

2 導軌減磨（mó）塗層的工藝

      （1）導軌塗層的（de）工件製備：在塗敷前將滑板需塗層的導軌麵進行粗加工，用梳刨刀在基麵加工出（圖（tú）3）所示的形式，兩側留（liú）有支撐邊，支撐邊用（yòng）以承受滑板壓合時支撐重（chóng）力的作（zuò）用和控製塗層厚度的作用；床身導軌精（jīng）加工好後，將其水平調整到裝配精度（dù）要求，並將床身與地腳固定好。

      （2）塗（tú）層前工件的清洗及準備：將加工好的滑板（bǎn）導軌麵（miàn）去（qù）除毛刺，並用清洗（xǐ）劑（如丙酮）清洗滑板和床身（shēn）導軌麵上的汙物，清洗至擦（cā）不出任何汙物為止。然後在床身導軌上塗敷1%的脫模劑（如有機玻璃丙（bǐng）酮溶液），要求塗敷均勻光整。在床身和滑（huá）板上（shàng）塗層有可能溢到（dào）的地方也（yě）塗上脫模劑，但切忌（jì）將脫模劑塗到滑板待塗層的麵上。

      （3）塗（tú）層施工與定位：計算需要塗層的體積（jī），以此確定出塗層（céng）用量，並將塗層料按一定比例混合並調和均勻。將滑板吊至地麵並使其導軌麵朝上。逐層用減磨塗料塗敷（fū）到導（dǎo）軌（guǐ）麵上，塗層的兩端（duān）要高出（chū）支撐邊約0.5 mm，塗層（céng）應刷成微弧型麵（miàn），以便（biàn）於壓緊時塗層的流淌（tǎng）（如圖4 所示）。控製壓合前塗（tú）料的時間不超（chāo）過1 小時。減磨塗層塗好後（hòu），在（zài）滑板承重麵的支撐邊和內側定位麵支撐邊均布放置1 mm 厚等高塊（如圖5 所示（shì）），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，放到床身導軌上（shàng）扣合。滑板自身重力可保證承重（chóng）麵充分壓緊，而內側定位麵（miàn）則需另外（wài）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（hé）好後，固化時間不低於24 小時。在等高（gāo）塊的作用下，固化好後的塗層（céng）導軌麵高於支（zhī）撐金屬麵1 mm，可以保證（zhèng）運行時（shí）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（zhuǎn）過來，檢查塗層麵有無空洞等缺陷，並將塗（tú）層導（dǎo）軌周（zhōu）邊（biān）扣合時滲出的殘留餘料清理幹淨。然後將滑板運至（zhì）龍門銑床按設計圖紙加工出靜壓油槽。

      （5）刮研：油槽加工好後，將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（míng），滑板（bǎn）塗層導軌麵起模後（hòu）光潔度（dù）較高，少量的（de）刮研後即可合研至精度要求。

3 導軌貼塑（sù）的工藝

      （1）貼塑前的工件製（zhì）備：貼塑前將貼塑麵精加工至要求尺寸，表麵粗糙度應達（dá）到（dào）Ra 6.3以上，以使貼塑塊與金屬麵粘貼更牢固。因貼塑塊在貼（tiē）合好後（hòu）表麵需（xū）加工一刀使其平整，加工量（liàng）約為0.2 mm，最（zuì）後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（sù）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（zuì）終厚度－貼塑塊剩餘（yú）厚度。如（rú）滑板（bǎn）側（cè）麵鑲條導軌和背麵扣壓導（dǎo）軌大端尺寸為30 mm，則貼塑前應加工至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金屬麵進行清理和（hé）清洗，然後用強力粘結劑將貼塑塊粘貼到金屬麵上，粘貼好後用工裝將貼塑塊（kuài）壓緊在導軌麵上並保持固化時間24 小時以上。

      （3）貼塑塊（kuài）表麵加工與開油（yóu）槽：先將導軌貼塑塊表麵（miàn）用磨床磨去0.2 mm，使其平整，然後用銑床加工出油槽，油槽深度為0.8 mm。加工油槽的時候，切忌將油槽銑穿至金（jīn）屬麵，因油槽銑穿後，在長期使用中會使油慢慢浸入貼塑塊粘貼麵，造成貼（tiē）塑塊的脫落（luò）。

      （4）刮研：將加工好的貼（tiē）塑（sù）導軌與床身合研（yán），因貼塑導軌板屬於可調整的鑲條（tiáo）導軌（guǐ）板，與滑板能（néng）夠拆離，故合研（yán）時不需（xū）頻繁翻轉（zhuǎn）起吊滑板，隻需將鑲條嵌入滑板與床身導軌之間合研，然後取出刮研（yán），貼塑塊（kuài）刮研也（yě）比銅導（dǎo）軌板輕鬆（sōng）容易得多，反複多次輕刮至合研精度要求為止（zhǐ）。

4 靜（jìng）壓油槽結構設計

      （1）等效油腔

靜壓導軌的油腔分（fèn）為油腔式及油槽式兩種。具有（yǒu）同樣輪廓尺寸B、L 的油墊支撐，隻要油腔（qiāng）外圍的輪廓尺寸b、l 相同，則油腔具有等效的有效承（chéng）載麵積（如圖6 所示）。 

      （2）油腔形式及尺寸的設（shè）計（jì）

      ①油腔應有足夠的初始托舉力所謂初始（shǐ）托舉力，是指油泵剛啟動而（ér）支撐尚未浮起（qǐ）時的靜壓推力。如果導軌麵之間（jiān）貼合非常緊密，則油液隻（zhī）能充滿油腔的挖空部分，此（cǐ）時的承載麵積遠小（xiǎo）於有效承載麵積Ae：

                 Ae＝(L＋l)(B＋b) （1）  

      式（shì）中：L 為每個（gè）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。

      一般由於導軌麵並非（fēi）貼合得十（shí）分緊密，油液總有一部分（fèn）滲入（rù）結合麵之間，因此，實（shí）際的初始承載麵積，大致介於有效承載麵積與油腔挖空部分麵積之間：

                     Ae'＝(Ae＋Ar) （2）

      式中：Ae'為實際的油（yóu）腔承載（zǎi）麵積（jī），cm2，初始承載麵積；Ae 為油腔有效承載麵積cm2；Ar 為油（yóu）腔挖空部分（fèn）麵積，cm2。油腔的初始托舉力為：

                         Fro＝Ps×Ae' （3）

      式中：Fro 為初始托（tuō）距力，kgf；Ps 為油泵（bèng）供油壓力，kgf/cm2。要使移動件浮起，必（bì）須使初始托舉力大於移動件的自重及其上的最大工件重量（liàng）：

                          Fro≥Fg＋Fgmax

      式中（zhōng）：Fg 為移動（dòng）件重量，kgf；Fgmax 為工件最大（dà）的重量，kgf。顯然，為使有足夠的初始托舉力，必須要有足夠（gòu）的（de）油槽寬度及（jí）油槽數量。但油槽也不能（néng）太寬，否則導軌接觸麵積小，比壓增（zēng）大，當偶然斷（duàn）油時，會損壞導軌麵，因此必須合理（lǐ）選擇。

      ②考慮動壓力對油膜厚度的影響，在靜壓導軌麵上應設縱向的支（zhī）撐s1 和s2（見圖6）。

      ③油槽要（yào）便於加工。

      （3）油腔數（shù）及（jí）其布置

      為了使油膜均勻，每條導（dǎo）軌麵在其長度方向的油腔數不得少於2 個，油腔之間設置回油槽，各個油腔的壓力互不幹擾（rǎo）。一般推薦：導軌長度在2 m 以下時（shí），取2～4 個油腔；導（dǎo）軌長度在2 m 以（yǐ）上時，一般不要（yào）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（tài）長，否則不利於調整。

      下麵以滑板為例設（shè）計其底部承（chéng）重麵靜壓導軌（guǐ）油槽尺（chǐ）寸及確定靜壓供油壓力。滑板底麵塗層靜壓（yā）導軌長度為2790 mm，單個滑板自重約6000 kg，滑板上（shàng）有（yǒu）立柱（zhù），操作站，橫梁，液壓（yā）站等總計重量約為68000 kg，這些力設為由兩個（gè）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（yóu）腔尺寸

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

      ②確定油泵供油壓力Ps每個滑板底麵靜壓油腔數為8 個，故每個油腔承受的初始（shǐ）托力Fro＝40000 kg/8＝5000kg；將平導軌尺寸代（dài）入式（1），算出油腔有效承載麵積（jī）Ae＝1161 CM2，另根據油腔尺寸算出每個油腔挖空部分麵（miàn）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，滑板托起後在運動過程中油腔的有（yǒu）效承載麵積Ae 比初始承載（zǎi）麵積Ae'更大，此時需要的供油壓力反而比初始托起時壓（yā）力更小（xiǎo），可算得工作時油腔壓力為Fro/Ae＝4.3 kgf/CM2。因此保證（zhèng）滑板能正常運行（háng）的油泵壓力至少應大於於或等於7.6 kgf/CM2。若算出所需的油泵壓力超出額定值，則可（kě）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範圍（wéi）內。

      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（rùn）滑油粘度ηt 存在以下關係：

      可見油腔（qiāng）壓力與油膜厚度（dù）立方成反比，這也說明了為什麽在初（chū）始時油腔壓力大於運行時油腔壓力，因為（wéi）初始時滑板未托起的油膜厚度小於工作時油膜厚度，工作時油膜（mó）厚度約為0.05 mm。

      同理可以算出滑板其餘靜壓導軌麵的壓力（lì），因（yīn）滑板內側定位麵導（dǎo）軌與鑲條導軌及底（dǐ）部的扣壓導軌板（bǎn）隻是改成了塗層或貼塑導軌形式，而外形尺寸（cùn）並沒有改變，故（gù）油槽形式可以保持不（bú）變。

5 效益分析（xī）

      滑板（bǎn）靜（jìng）壓導軌采用減磨塗層和貼（tiē）塑改進（jìn）後，在材料、加工、裝配各方麵都比原來有明顯（xiǎn）優勢，下麵用（yòng）表1 比較分析各項費用。

      對比可發現由（yóu）此帶（dài）來的經濟效益是非常可觀的。

6 結語

      靜壓導軌采用塗層和貼塑相（xiàng）結合的方式，不僅大大提（tí）高了導軌（guǐ）的配合要（yào）求，而且在提（tí）高導軌性能的基礎上還減少了（le）成本和顯著（zhe）提高了生產效率。導軌塗（tú）層（céng）這（zhè）項技術，約（yuē）上世紀（jì）60 年代起源（yuán）於德國，1970 年後，伴隨著機床合作（zuò）引入我國，2002 年後，這項技術在國內有了（le）較快的發展，目前廣泛應用於機床、國防軍工、機械、能源等行業（yè）的複雜重要部件上，對國家重大裝備製造業及機電行業（yè）的發展有重要（yào）意義。