大型龍門銑鏜床貼塑導(dǎo)軌與注塑導(dǎo)軌的選擇

葉紹斌 龔維強(qiáng)

(二重(德陽)重型裝備有限公司，四川618013)

關(guān)鍵字：大型龍門銑鏜床；滑枕；貼塑導(dǎo)軌；注塑導(dǎo)軌；環(huán)氧型耐磨涂層

20-10FP500NC5×17 m數(shù)控龍門銑鏜床在我公司承載著眾多軋機(jī)牌坊、立棍機(jī)架、壓機(jī)機(jī)架、卷曲機(jī)機(jī)架等大型和超大型件的加工任務(wù)，由于該機(jī)床滑枕精度不穩(wěn)定，難以保證加工產(chǎn)品工藝技術(shù)要求。為了徹底解決該問題，根據(jù)該滑枕的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析了其精度變化的原因，確定了溜板導(dǎo)軌是引起精度變化的根本原因，并選取材料用注塑導(dǎo)軌替換之前的貼塑導(dǎo)軌，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)論證，滑枕精度保持穩(wěn)定。

1 滑枕結(jié)構(gòu)

該機(jī)床滑枕為600 mm×600 mm方形結(jié)構(gòu)，采用半包式設(shè)計(jì)，內(nèi)嵌于溜板中，三面約束，剛性較好，滑枕截面如圖1所示。沿導(dǎo)軌做上下垂向運(yùn)動(dòng)，為Z向，垂向行程為1500 mm，進(jìn)給量范圍5 mm/min～3000 mm/min。而溜板則安裝在橫梁上，沿導(dǎo)軌做往復(fù)橫向運(yùn)動(dòng)，為Y向。

滑枕鑲鋼導(dǎo)軌共6條，厚度為3 mm。與之接觸的溜板面即為貼塑導(dǎo)軌，分別由正面導(dǎo)軌(沿X軸方向)和側(cè)向?qū)к?沿Y軸方向)組成。經(jīng)過多年使用，溜板導(dǎo)軌的貼塑面磨損嚴(yán)重，該設(shè)備曾在2015年進(jìn)行重新貼塑，并合研配刮，貼塑材料為聚四氟乙烯軟帶。

2 故障現(xiàn)象及分析

自從用聚四氟乙烯重新貼塑導(dǎo)軌后，滑枕精度就一直不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響加工精度。針對此故障做了一次實(shí)驗(yàn)。滑枕以2000 mm/min的速度連續(xù)運(yùn)行0.5 h，與溜板貼塑導(dǎo)軌接觸的滑枕鋼帶溫度明顯升高，從最開始的27℃升至37℃，滑枕移動(dòng)對工作臺面的垂直度在X/Z平面和Y/Z平面分別為0.13 mm/1000 mm和0.30 mm/1000 mm(最開始僅為0.02 mm/1000 mm以內(nèi))。機(jī)床停止工作0.5 h后，滑枕精度恢復(fù)如初，此時(shí)鋼帶溫度也冷卻至27℃。

由表1可見，連續(xù)運(yùn)行后由于相互摩擦，溜板貼塑導(dǎo)軌溫度升高產(chǎn)生熱變形，并且是一種彈性變形，導(dǎo)致滑枕精度來回變化。為了進(jìn)一步驗(yàn)證這一結(jié)論，排除室溫和油溫的影響，正常使用機(jī)床加工工件，連續(xù)作業(yè)，并記錄各時(shí)間段的室溫和油溫。進(jìn)行機(jī)床連續(xù)工作14 h的測試，期間室溫和油溫的變化并不大(分別為2～7℃和2～5℃)，而滑枕精度變化卻達(dá)到0.38 mm/1500 mm。由此可以得出結(jié)論，此機(jī)床滑枕精度不穩(wěn)定是由于溜板貼塑導(dǎo)軌材料引起的。

表1 連續(xù)運(yùn)行0.5 h后滑枕精度及鋼帶溫度變化Table 1 Variety of ram precision and steel strip temperature after 0.5 h continuous operation

表2 TS311環(huán)氧涂層主要物理性能Table 2 Main physical properties of TS311 epoxy coating

3 溜板塑料導(dǎo)軌的類型和材料的選用

3.1 溜板塑料導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)

在金屬導(dǎo)軌基體的表面上覆蓋一層塑料或塑料和金屬混合物，稱之為塑料導(dǎo)軌。塑料導(dǎo)軌自70年代被推出以來，就以摩擦系數(shù)小，且動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相近，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，能有效防止低速爬行現(xiàn)象；且耐磨性好，有自潤滑作用；抗振性及化學(xué)穩(wěn)定性好；工藝簡單、成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)迅速成為數(shù)控機(jī)床廣泛使用的新型導(dǎo)軌材料。

3.2 溜板塑料導(dǎo)軌的類型

塑料導(dǎo)軌有兩種類型，一種為貼塑導(dǎo)軌，另一種為注塑導(dǎo)軌。貼塑導(dǎo)軌上的塑料常用聚四氟乙烯軟帶，其摩擦副的形式為鑄鐵-塑料摩擦副。以聚四氟乙烯為基體，加入石墨、銅粉和二硫化鉬混合均勻，然后燒結(jié)成軟帶狀態(tài)，即聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶。聚四氟乙烯軟帶通過粘接劑粘接在導(dǎo)軌面上，通常被固定在導(dǎo)軌副中的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌或較短的導(dǎo)軌上，使其與支承導(dǎo)軌或者較長導(dǎo)軌相對滑動(dòng)。

目前機(jī)床使用的就是聚四氟乙烯貼塑導(dǎo)軌。聚四氟乙烯軟帶工藝簡單，具有低摩擦系數(shù)和極佳的柔韌性、抗蠕、冷流特性，并且使用過程中維護(hù)維修方便，損壞后更換容易，被廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌中。同樣，缺點(diǎn)也很明顯。聚四氟乙烯軟帶線膨脹系數(shù)很大，其值在8×10-5/℃～25×10-5/℃，是鋼的10～20倍，比多數(shù)塑料大，其線膨脹系數(shù)隨著溫度的變化而發(fā)生很不規(guī)律的變化。在機(jī)床行業(yè)，雖然聚四氟乙烯軟帶被廣泛使用，但也只常見于臥車或者中小型機(jī)床，且多是平面導(dǎo)軌，在大型機(jī)床或者垂向?qū)к壣蠋缀醪皇褂谩?/p>

而另外一種塑料導(dǎo)軌叫做注塑導(dǎo)軌，其使用的塑料是環(huán)氧型耐磨導(dǎo)軌涂層。以二硫化鉬和環(huán)氧樹脂為基體，添加增塑劑，使其混合成膏狀作為一部分，再以固化劑為另一部分，這樣形成的雙組份塑料涂層就是環(huán)氧型耐磨導(dǎo)軌涂層。注塑導(dǎo)軌與金屬的親和力好，附著力強(qiáng)，具有良好的可加工性，涂料固化時(shí)體積不收縮，尺寸穩(wěn)定；有極好的摩擦性和耐磨性；其抗壓強(qiáng)度比聚四氟乙烯軟帶導(dǎo)軌要高，能彌補(bǔ)一些導(dǎo)軌面上的鑄造缺陷，有利于解決傳統(tǒng)刮研工藝費(fèi)時(shí)費(fèi)力的弊端。被大量使用于大型機(jī)床或垂向?qū)к壣稀?/p>

綜上對比，選擇注塑導(dǎo)軌更加適合本次維修方案。經(jīng)過研究和實(shí)驗(yàn)，最終選擇了可賽新TS311環(huán)氧涂層，主要物理性能見表2。

4 注塑過程及效果

方案確定后，先將溜板與滑枕整體吊出并平躺，取出滑枕，露出溜板導(dǎo)軌面，將之前的聚四氟乙烯軟帶鏟掉，并打磨成鋸齒狀，然后對與注塑導(dǎo)軌向配合的滑枕鑲鋼導(dǎo)軌進(jìn)行清洗，并涂上薄薄一層脫模劑，以防止與耐磨涂層粘接，再將滑枕回裝至溜板，找正。為導(dǎo)軌涂抹上環(huán)氧型耐磨涂層后，等待其固化。導(dǎo)軌注塑后，滑枕精度趨于穩(wěn)定，連續(xù)運(yùn)行12 h后，滑枕精度變化在0.02 mm/1000 mm以內(nèi)，滿足使用要求。

5 結(jié)語

實(shí)踐證明，注塑導(dǎo)軌相比貼塑導(dǎo)軌更加適用于大型或重型機(jī)床的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和垂向?qū)к墶６褂每少愋耇S311環(huán)氧涂層后，穩(wěn)定性極好，保證了機(jī)床的加工精度，提高了生產(chǎn)效率，具有推廣使用價(jià)值。