大型龙门铣镗床贴塑导轨与注塑导轨的选择

叶绍斌 龚维强

(二重(德阳)重型装备有限公司，四川618013)

关键字：大型龙门铣镗床；滑枕；贴塑导轨；注塑导轨；环氧型耐磨涂层

20-10FP500NC5×17 m数控龙门铣镗床在我公司承载着众多轧机牌坊、立棍机架、压机机架、卷曲机机架等大型和超大型件的加工任务，由于该机床滑枕精度不稳定，难以保证加工产品工艺技术要求。为了彻底解决该问题，根据该滑枕的结构特点，分析了其精度变化的原因，确定了溜板导轨是引起精度变化的根本原因，并选取材料用注塑导轨替换之前的贴塑导轨，经反复试验论证，滑枕精度保持稳定。

1 滑枕结构

该机床滑枕为600 mm×600 mm方形结构，采用半包式设计，内嵌于溜板中，三面约束，刚性较好，滑枕截面如图1所示。沿导轨做上下垂向运动，为Z向，垂向行程为1500 mm，进给量范围5 mm/min～3000 mm/min。而溜板则安装在横梁上，沿导轨做往复横向运动，为Y向。

滑枕镶钢导轨共6条，厚度为3 mm。与之接触的溜板面即为贴塑导轨，分别由正面导轨(沿X轴方向)和侧向导轨(沿Y轴方向)组成。经过多年使用，溜板导轨的贴塑面磨损严重，该设备曾在2015年进行重新贴塑，并合研配刮，贴塑材料为聚四氟乙烯软带。

2 故障现象及分析

自从用聚四氟乙烯重新贴塑导轨后，滑枕精度就一直不稳定，严重影响加工精度。针对此故障做了一次实验。滑枕以2000 mm/min的速度连续运行0.5 h，与溜板贴塑导轨接触的滑枕钢带温度明显升高，从最开始的27℃升至37℃，滑枕移动对工作台面的垂直度在X/Z平面和Y/Z平面分别为0.13 mm/1000 mm和0.30 mm/1000 mm(最开始仅为0.02 mm/1000 mm以内)。机床停止工作0.5 h后，滑枕精度恢复如初，此时钢带温度也冷却至27℃。

由表1可见，连续运行后由于相互摩擦，溜板贴塑导轨温度升高产生热变形，并且是一种弹性变形，导致滑枕精度来回变化。为了进一步验证这一结论，排除室温和油温的影响，正常使用机床加工工件，连续作业，并记录各时间段的室温和油温。进行机床连续工作14 h的测试，期间室温和油温的变化并不大(分别为2～7℃和2～5℃)，而滑枕精度变化却达到0.38 mm/1500 mm。由此可以得出结论，此机床滑枕精度不稳定是由于溜板贴塑导轨材料引起的。

表1 连续运行0.5 h后滑枕精度及钢带温度变化Table 1 Variety of ram precision and steel strip temperature after 0.5 h continuous operation

表2 TS311环氧涂层主要物理性能Table 2 Main physical properties of TS311 epoxy coating

3 溜板塑料导轨的类型和材料的选用

3.1 溜板塑料导轨的优点

在金属导轨基体的表面上覆盖一层塑料或塑料和金属混合物，称之为塑料导轨。塑料导轨自70年代被推出以来，就以摩擦系数小，且动、静摩擦系数相近，运动平稳性好，能有效防止低速爬行现象；且耐磨性好，有自润滑作用；抗振性及化学稳定性好；工艺简单、成本低等诸多优点迅速成为数控机床广泛使用的新型导轨材料。

3.2 溜板塑料导轨的类型

塑料导轨有两种类型，一种为贴塑导轨，另一种为注塑导轨。贴塑导轨上的塑料常用聚四氟乙烯软带，其摩擦副的形式为铸铁-塑料摩擦副。以聚四氟乙烯为基体，加入石墨、铜粉和二硫化钼混合均匀，然后烧结成软带状态，即聚四氟乙烯导轨软带。聚四氟乙烯软带通过粘接剂粘接在导轨面上，通常被固定在导轨副中的运动导轨或较短的导轨上，使其与支承导轨或者较长导轨相对滑动。

目前机床使用的就是聚四氟乙烯贴塑导轨。聚四氟乙烯软带工艺简单，具有低摩擦系数和极佳的柔韧性、抗蠕、冷流特性，并且使用过程中维护维修方便，损坏后更换容易，被广泛应用于数控机床导轨中。同样，缺点也很明显。聚四氟乙烯软带线膨胀系数很大，其值在8×10-5/℃～25×10-5/℃，是钢的10～20倍，比多数塑料大，其线膨胀系数随着温度的变化而发生很不规律的变化。在机床行业，虽然聚四氟乙烯软带被广泛使用，但也只常见于卧车或者中小型机床，且多是平面导轨，在大型机床或者垂向导轨上几乎不使用。

而另外一种塑料导轨叫做注塑导轨，其使用的塑料是环氧型耐磨导轨涂层。以二硫化钼和环氧树脂为基体，添加增塑剂，使其混合成膏状作为一部分，再以固化剂为另一部分，这样形成的双组份塑料涂层就是环氧型耐磨导轨涂层。注塑导轨与金属的亲和力好，附着力强，具有良好的可加工性，涂料固化时体积不收缩，尺寸稳定；有极好的摩擦性和耐磨性；其抗压强度比聚四氟乙烯软带导轨要高，能弥补一些导轨面上的铸造缺陷，有利于解决传统刮研工艺费时费力的弊端。被大量使用于大型机床或垂向导轨上。

综上对比，选择注塑导轨更加适合本次维修方案。经过研究和实验，最终选择了可赛新TS311环氧涂层，主要物理性能见表2。

4 注塑过程及效果

方案确定后，先将溜板与滑枕整体吊出并平躺，取出滑枕，露出溜板导轨面，将之前的聚四氟乙烯软带铲掉，并打磨成锯齿状，然后对与注塑导轨向配合的滑枕镶钢导轨进行清洗，并涂上薄薄一层脱模剂，以防止与耐磨涂层粘接，再将滑枕回装至溜板，找正。为导轨涂抹上环氧型耐磨涂层后，等待其固化。导轨注塑后，滑枕精度趋于稳定，连续运行12 h后，滑枕精度变化在0.02 mm/1000 mm以内，满足使用要求。

5 结语

实践证明，注塑导轨相比贴塑导轨更加适用于大型或重型机床的运动导轨和垂向导轨。而使用可赛新TS311环氧涂层后，稳定性极好，保证了机床的加工精度，提高了生产效率，具有推广使用价值。