常见机床导轨的失效形式及修复技术

制造业是国民经济的主体，机床在装备制造业中具有举足轻重的作用，素有“工作母机”之称[1]。随着科技的发展，高精机床成为机床行业的发展重点。导轨作为机床的主要零部件，具有支承和导向作用，其误差会影响零件的加工精度。因此，文章介绍了机床的分类及常见的失效形式，并提出了机床导轨的具体修复方法。

1 机床导轨分类及特点

导轨副简称导轨，是支承和引导运动构件沿着一定轨迹运动的零件，故导轨具有支承和导向作用。通过导轨的约束，使运动部件在工件重量、切削力、牵引力及运动部件本身的重量等外力的作用下沿给定方向运动。导轨副中设在支承构件上的导轨面为承导面，称为支承导轨或静导轨，静导轨一般比较长；与运动部件联成一体运动的导轨称之为动导轨，动导轨长度较短。根据机床导轨的使用性能和特点，可将其分为滑动导轨、滚动导轨、磁悬浮导轨、静压导轨（液体或气体）及复合导轨等[2]，其中滑动导轨和滚动导轨最常见。

1.1 滑动导轨

滑动导轨常采用于各类机床产品，应用最广泛，其制造成本低且结构简单、经济实用。滑动导轨具有良好的吸振性，可抑制刀具切削时产生的振动；导轨刚性大、承载能力强，适宜切削负载大的机床使用；阻尼性较好，因此可抑制导轨系统启动或停止时产生的振荡。伴随着产业需求量的增大和国家的重视度越来越高，关于滑动导轨性能方面的研究引起了各国专家学者的重视。

1.2 滚动导轨

滚动导轨同样有着广泛应用，是数控机床高速化的产物[1]。与滑动导轨的区别在于，滚动导轨采用滚珠、滚针或滚柱当作滚动体，将动、静导轨之间的滑动摩擦转变为滚动摩擦以减小摩擦系数。滚动导轨摩擦系数较小，电动机频繁换向时无颤动，低速运转下无爬行现象发生，同时导轨升温小、寿命长，可进行专业化生产以降低使用成本。随着它的开发研究，滚动导轨逐步向着高速化、组合化、集成化、低噪声及智能化方向发展。

除上述两种常用导轨外，机床还用到静压导轨和磁悬浮导轨。前者与静压轴承工作原理相同，主要应用于低速运动导轨和精密机床进给运动。磁悬浮导轨是利用磁场力将工作台托起的一种线性磁浮轴承。采用磁悬浮支承技术可满足超高速、超精密的加工要求，是未来加工机床发展的趋势。

2 机床导轨面常见失效形式

在机床加工过程中，导轨除了要支承运动件之外，还要保证运动部件在外力作用下能准确沿给定方向作直线运动。因此，导轨需要满足一定的导向精度、运动时轻便平稳、良好的耐磨性、足够的刚度、受温度变化的影响小以及良好的结构工艺性等要求。

机床各部件包括导轨均具有一定的功能，当部件丧失其规定的功能时，便无法维持机床的正常工作，称之为失效。导轨常见失效形式包括表面疲劳、锈蚀、压痕、刮痕、烧伤以及破损[3]。其中，表面疲劳主要是由于机床导轨超过规定的使用寿命、工作载荷过大以及润滑条件不足等引起的导轨接触表面出现剥离的现象；锈蚀主要是因为导轨面摩擦发生在腐蚀性气体或液体环境中，由于腐蚀性物质附着于接触面，使金属表面形成易被磨损的腐蚀产物而出现的接触面锈蚀现象；压痕是由于机床工作过程中，导轨承受的瞬间载荷过大而导致导轨接触面出现压痕的现象；刮痕是由于硬的颗粒或表面硬的凸起物进入滑块内部，在相对运动过程中使导轨接触面出现刮痕的现象；烧伤是由于机床工作过程中载荷过大、润滑条件不足等原因造成的导轨接触面出现颜色异常的现象；破损是由于导轨材料硬度低、耐磨性差，在承载较重的情况下接触面出现明显破损的现象。

机床导轨面失效损坏后的修复需要花费大量人力、物力以及时间，影响正常的生产。导轨面产生磨损还会导致机床的加工精度和生产效率降低，还会使机床的使用存在一定的安全隐患。

3 机床导轨面失效修复方法

机床在工作过程中会由于各种因素导致导轨面失效而影响正常的生产，因此对发生失效的导轨应该进行及时修复。常见的导轨面修复方法包括刮研法、精刨/磨代法、钎焊修复法及塑料胶接法等。

3.1 刮研修复法

刮研法可以修复未经淬火处理的机床导轨，是修复导轨面的常见方法之一。对于磨损、拉毛及咬伤程度不是很严重的导轨，可用该方法进行修复处理。可用刮刀、量具基准面等工具对工件进行手工修复，用于降低导轨表面粗糙度，保证导轨表面光滑，以提高机床导轨精度，延长导轨寿命。刮研法可加工各种特殊的几何形状，消除遗留公差；切削力小，不易引起工件变形；刮研表面接触精度较高，且触点分布均匀；操作简单，通用性强，不受工件尺寸、形状和位置的影响。但是，刮研法工作效率低，劳动强度大。

3.2 精刨/磨代法

精刨代法和精磨代法可用于修复经过淬硬处理的机床导轨，也是常用的修复方法之一，属于刨削加工。精刨/磨代法可使导轨面的表面光洁度得到有效改善，使其达到工艺所要求的公差值。采用此方法进行导轨修复时，需要将机床床身从床脚上拆卸下来，因此会导致重新装配后紧固螺钉产生松动，最终导致装配变形，影响机床的正常使用，并且重新装配会浪费人力、物力，增加机床的维修成本。

3.3 钎焊修复法

钎焊修复法常用于机床导轨表面产生局部损伤的情况，如划伤、研伤、拉毛及沟槽等。在焊补修复完成后进行机械加工，使导轨面达到所需工艺要求。传统焊补工艺无法彻底修复机床导轨面产生的缺陷，焊补过程易产生二次气孔使工件受热变形，焊补处颜色差异较大。传统焊补工艺一般用于非加工面或不可见加工面的修复。相对于传统焊补工艺，利用冷焊机修复可以明显改善焊补质量。

3.4 塑料胶接法

塑料胶接法用于修复划痕沟槽较深、损伤较为严重的机床导轨，胶接塑料薄片通常采用聚四氟乙烯材料制成。聚四氟乙烯的摩擦系数低，具有良好的润滑性能，可使机床运转轻快、振动噪声小，并且对低速爬行现象具有良好的抑制作用。此外，聚四氟乙烯质地柔软，金属碎屑进入导轨后会嵌入其中不至划伤导轨表面。胶接时要对导轨磨损表进行刨削加工，并清洗导轨面，修整胶接塑料薄片使其表面平整，刮研拖板并精确测量补偿尺寸，采用环氧树脂或聚氨酯胶粘剂均匀涂敷在胶接面上并加压待其固化，最后进行机械加工和刮研修整。

3.5 热喷涂法

除了上述几种常用机床导轨的修复方法外，还可以使用氧乙炔火焰热喷涂法修复机床导轨，即通过使用氧乙炔火焰将工程塑料喷涂于导轨表面用以修复其缺陷部位。热喷涂法既不会使导轨产生变形，又可以提高导轨表面的耐磨性，故可以保证机床导轨的工作精度并延长其使用寿命。

4 结语

本文分类介绍了几种常见的机床导轨及其特点，分析导轨在工作过程中常见的失效形式，并针对机床导轨再制造技术提出了导轨工作面的几种修复方法。由此得出，随着现代经济技术及科学技术的进步，机械加工行业对产品精度的要求越来越高，需不断完善和改进机床导轨修复技术，以适应专业化生产的需求。通过本文介绍的几种修复方法，可以对普通废旧机床导轨进行再制造，对国家降能减耗和企业收益增加具有重要意义。