浅析斯柯达6.3米数控立车工作台摩擦副改造

万琦

摘 要：我司一台6.3数控立车由于使用时间长，导轨静压偶发性出现故障，导致卡盘底部与工作台导轨的摩擦副材料脱落，需要返厂大修。从经济，停台时间和现场环境等条件分析，决定利用环氧树脂板代替灌胶工艺做摩擦副材料。改造后效果与出厂时的精度对比相差不大，而且运行多年后也没有出现故障。所以，利用环氧树脂板替灌胶工艺是一个不错的选择。

关键词：摩擦副；环氧树脂板；改造

引言

我司一台斯柯达6.3米数控立车在近10年未进行过大修，工作台液压静压系统也使用了20多年。偶然间会出现静压系统失效，导致卡盘底部与工作台导轨形成干摩擦。加速了卡盘底部材料脱落，造成卡盘在旋转过程中有起伏，从而导致加工工件平面精度和圆精度出现超差情况。通常情况下，可以联系立车生产厂家对卡盘底部重新进行灌胶塑造。但是，当时我司生产任务大，也离农历初一不到10天时间。联系厂家大修，周期太久。因此，从时间、经济、工作条件上分析，可以对卡盘底部进行环氧树脂板替代灌胶工艺。

1 摩擦副端面磨损因素

1.1 粘著磨损

当摩擦副作相对运动时，由于固相焊合，接触表面的材料从一个表面迁移到另一个表面，出现粘着、撕脱、再粘着过程。当粘着磨损严重时，会造成摩擦副咬死，致使端面温度急剧上升。粘着磨损对摩擦副的破坏性最大，一般在干摩擦时尤其容易产生。金属材料作为摩擦副时，更容易发生粘着磨损。

1.2 磨料磨损

它是由密封端面粗糙度及外来的磨蚀性颗粒的研磨所产生，它是密封端面的一种主要磨损形式。

1.3 腐蚀磨损

腐蚀磨损是在密封端面摩擦过程中，摩擦副同时与介质发生化学或电化学反应而产生物质损失的一种磨损。由于不同介质对摩擦副的腐蚀机理以及摩擦副材料性能的不同，腐蚀磨损出现的形态也不尽相同。

1.4 表面磨损

它是由密封端面的疲劳裂纹和热应力裂纹所引起，尤其是密封端面因不均匀摩擦、发热温升而产生的热应力裂纹，会导致巨大的危害。这种情况一旦出现，密封将迅速失效而破坏。抗热冲击性能较差的脆性材料尤为严重，如：氧化铝陶瓷。

1.5 冲刷磨损

它由液体和气体高速流动产生的剥蚀作用所引起的一种磨损。在运行状态下，磨擦副可能存在某一种磨损，但也可能同时存在一种以上的磨损，往往其中一种磨损是起主导作用。当多种磨损存在的情况下，更加剧了摩擦副的磨损速率。

2 摩擦副材料选用

2.1 材料必须符合使用工况条件

机械密封使用工况包括：密封介质的特性（相态、腐蚀性、黏性等）、压力、温度、轴的转速、轴径和机器的操作方式（间歇式或连续式）、冲击、振动等。在机械密封设计选型时，主要零件材料必须满足使用工况，并针对影响密封性能和使用寿命的主要因素加以综合考虑。

2.2 了解材料各项主要性能参数

摩擦副材料包括有机材料、无机非金属材料和金属材料等，它们的性能各异，即使同一种材料还有不同的品种牌号。品种牌号的各异，性能也有差异，只有了解和掌握了这些材料的主要性能，才能根据使用工况合理选择材料。

2.3 充分发挥材料的特性、扬长避短

由于每种材料的特性不同，它们既具有各自的优良性能，又不可避免地有某些不足之处。因此，目前还没有一种摩擦副材料是万能的，任何一种材料的性能均不可能达到十全十美，并不是所有工况都能适用。为此，在进行结构设计和材料选用时，要充分发扬该材料的优点，尽可能避免其不利之处——“扬长避短”。同时，为了降低材料承受苛刻工况的风险，保证稳定的密封性能和长周期可靠运行，在设计和选用机械密封时，应考虑配置相应的支持系统，如：冲洗、冷却、保温、分离等。在安装维修时，也应采取必要的措施加以对材料的保护，以提高密封零件的重复使用率。

2.4 资源丰富、便于加工制造和维修、性价比合理，符合环保要求

在保证密封性能和使用寿命的前提下，应从资源丰富、便于加工制造、性价比合理、符合环保要求等出发来选用材料，同时也应重视社会效益，给予全面的综合评价。

2.5 摩擦副材料的合理选配

对不同的摩擦副材料进行合理的选配是一件非常重要的工作，只有根据不同的工况合理搭配摩擦副，才能充分发挥该摩擦副的优良性能，保证密封的正常使用，延长使用寿命。

3 改造前准备

3.1 了解工作台结构及原理

工作台和工作台底座采用整体铸造热对称结构，主轴轴承采用高精度双列圆柱滚子轴承，工作台导轨采用恒流静压导轨。确保机床具有高的旋转精度和足够的刚度、强度、热稳定性。静压导轨是指将具有一定压力的液压油注入两个接触的导轨面间的油腔，使两个接触的导轨面互相分开，形成承载油膜，实现纯液体的摩擦。静压导轨的优点是：导轨摩擦系数小，相应地使驱动功率变小；导轨的磨损少，延长了导轨的使用寿命；进给速度的变化对油膜刚度的影响小，提高了机床的工作精度，稳定性好；低速运动时速度均匀，不会产生爬行现象；可以降低对导轨材料的要求。

3.2 解体前检查

解体检查，在没有修理前检测工作台是否浮起，是否各个方位浮起量一致，工作台每转90°，作一次浮起记录。

3.3 制定改造工艺

准备材料，环氧树脂板、铜螺丝、环氧树脂胶、丙酮。设计模板，利用模板剪裁所需安装的环氧树脂板。解体工作台，将花盘反转。把花盘导轨环上原有的固体胶铲除，用丙酮清洗花盘导轨环。利用环氧树脂胶和螺丝将剪裁好的环氧板安装在导轨环上。修整安装后的导轨环平面度。

4 改造过程出现困难与解决措施

4.1 卡盘底部与静压导轨相接触地方是环形面积

卡盘底部与静压导轨接触部分是一环形，外圆直径4530mm，内圆直径3955mm。如果整体剪裁，需要一块4530×4530的环氧树脂板。这么大面积的环氧树脂板在市场上是很难买得到的，即使能采购，运输也是一个难题。解决措施：将导轨环分成12等分，然后再拼装在一起。这样，材料上我们只需要2块1200×2000mm的环氧树脂板就可以了。

4.2 环氧板与卡盘结合的统一性

环氧树脂板与卡盘底部结合时，可能会出现安装失误、材料质量、或者2次磨损导致需要重新剪裁12等分其中的一分。这样，如果没有一个统一性，安装随意的情况下，会加大2次翻修的难度。解决措施：在剪裁前先设计好一块模具，利用模具再加工剪裁12等分的环氧树脂板。

4.3 环氧树脂板与卡盘底部结合后平面度的处理

在安装完成后由于每一块剪裁的环氧树脂板高度不一，这会直接影响卡盘旋转过程中的稳定性，从而影响加工精度。解决措施：可以利用龙门铣、镗床、立车对安装好后的环氧树脂板进行加工，使其平面度在合理公差范围内。

5 结束语

将斯柯达6.3米数控立车工作台摩擦副从灌胶工艺改成镶嵌环氧树脂板后，至今使用2年多。没有发生过一次因此机构产生的故障，加工工件精度也在产品设计的合理公差范围内。故此，认为改造是成功的。既满足减少停台时间，又降低维修成本。如有该种设备遇到类似问题，可以采取这一办法解决。

参考文献

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[2]成大先.机械设计手册（第五版）[M].北京：化学工业出版社，2000.

[3]何宁，贾晓林，李玉玲，等.机械制造技术基础[M].北京：高等教育出版社，2011.