在役机床导轨面失效的危害与原因分析

ｏｆ Ｌｉｇｈｔ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ；ｂ．Ｄｅｐａｒｔ—
ｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｌｉｇｈｔ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｈｅｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｓｕｒｆａｃｅ＆Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｈｅｎａｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎａｌｙ ｓｉｓ ａｂｏｕｔ ｈａｚａｒｄｓ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｚｅｄ．Ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ｇｕｉｄｅｗａｙ
万方数据
２０１１年６月
裴旭明，等：在役机床导轨面失效的危害与原因分析
・３９・
０．５ｍｍ上，导轨副水平方向也有很大弯曲。 ＢＱ２０１０型龙门刨床工作台导轨长３０００ｍｍ，轨距 ８００ｍｍ，导轨两侧靠近端部存在较大面积严重拉伤。 车床床身的棱形导轨比平导轨的磨损量要大，
有滚针，使砂轮轴便可以随着套筒在套筒座的Ｖ型 导轨与滑座之间做进给运动。滚针与导轨面是线接 触，接触面积少、应力大，日积月累，滚针将导轨面挤 压出深坑。
Ｖ型导轨、平面导轨大面积研伤；床身平面导轨、Ｖ型
导轨局部研伤，最深可达２ｍｍｍ，造成机床的几何精 度超差，横梁、刀架、工作台与床身的传动精度丧失。 在普通车床大修中，由于床身导轨和溜板下导 轨面磨损或拉伤，造成溜板下降，溜板箱丝杠孑Ｌ、光 杠孑乙、操纵杆孔也会随之下降，使三杆孔与进给箱、 托架上ｉ杆孔不同心。同时溜板箱齿轮轴与齿条啮 合间隙增大，进给箱联系尺寸链、托架联系尺寸链、 齿条尺寸链均受到影响，导致加工长轴时外径出现 腰鼓形，螺纹加工时螺距和深度不均，孔加工时锥形 出现等。某厂ＣＡ６１４０卧式车床的大溜板下导轨面
的磨损，导致床鞍和溜板箱倾斜下沉。河南英威东
风机械制造有限公司ＣＥ７１２０型半自动仿形车床旧１ 床鞍导轨的主要切削负荷部位累积磨损，导轨局部 凹陷，刀架床鞍运行到导轨凹陷处摆动量大，常造成 “振刀”和“扎刀”现象。吉林省珲春市森林山木业有 限公司一台上海豪德生产的双端铣床¨。，用于三层复 合地板长度方向的槽榫加工。该机床使用三年后由于 导轨侧面磨损尤其是切削刀轴的位置磨损更为严重， 造成其加工的地板成品顺向拼接间隙超过０．２ｍｍ。 大型立车的上下导轨面严重研伤后，致使油温
第６期 ２０１１年６月
组合机床与自动化加工技术 Ｍｏｄｕｌａｒ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ＆Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ
ＮＯ．６ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ
Ｊｕｎ．２０１１
文章编号：１００１—２２６５（２０１１）０６—００３７—０４
在役机床导轨面失效的危害与原因分析
裴旭明８，刘超锋６
（郑州轻工业学院ａ．机电工程学院；ｂ．过程装备系，河南省表界面科学重点实验室，河南郑州 ４５０００２） 摘要：对在役机床导轨面失效危害和失效原因进行了分析。在役机床导轨面失效不仅影响经济效 益，还影响被加工工件的加工精度。导致在役机床导轨面失效的内因是在役机床导轨面材质的选 择、在役机床导轨的结构型式；外因是润滑因素和负荷因素。 关键词：在役机床导轨面；失效；危害；原因 中图分类号：ＴＧ５０２ 文献标识码：Ａ
普通机床的设计寿命为１５～２０年，一般每隔６年就
要大修。机床大修中，常规损坏零件可以更换，而机 床床身、横梁、立柱、滑鞍、工作台等导轨及大、中、小 拖板的导轨面因出现一些长短、深浅、宽窄不一的凹 坑，尤其是大型卧式车床导轨表面出现的大面积损 伤，只能采用修复的办法恢复其原有精度。随着机 床向高速、重载方向的发展，改善机床导轨本身的性 能和工作条件以控制机床导轨副的精度日益引起关 注。
外因 机床导轨表面的失效是个相当复杂的随机过程。
其影响冈素很多，如机床的润滑因素、负荷因素。 导轨摩擦副磨损的润滑因素主要有：外露导轨 上因为没有设置刮屑板及导轨防护罩进行保护而落 下的切屑和灰尘沙、磨料、氧化铁皮、乳化液等污染， 尤其是机床上精度高的滚动导轨∽１比滑动导轨对脏 物更敏感。某厂的８米龙门刨因铸铁粉末飞入灰口 铸铁横梁导轨与滑枕的接触面之间，造成导轨研伤 总面积：２０００×６０毫米２；连片的长短与大小不一，深 浅不等的沟槽和凹坑，沟槽深０．５～２毫米、宽ｌ～５ 毫米。润滑不良或润滑不足或在润滑系统中没有过 滤器而润滑油带入硬颗粒；低速运动时，缺乏形成具 有足够承载能力的油控条件。导轨面滑动运动的精 确度很高，但在高负荷低速时容易产生爬行现象，从 而影响加Ｔ的正常进行；高速时容易产生浮起现象， 须采用油性、黏度适宜的润滑油。在矿物基础油中 加入脂肪酸类、脂肪酸皂类和硫化动植物油，能在一 定程度上改善爬行的危害，但对于高精度的加工仍 不能达到预期效果。与其它润滑油相比，价格高一 些的改性纳米金刚石液压导轨油可使滑轨油膜承载 能力提高，防爬行能力增强，从而提高加工精度。某 单位的１台Ｂ２０１２Ａ型龙门刨床旧川由于润滑不良， 造成整个Ｖ形导轨咬伤长１５００ｍｍ，宽７０ｒａｍ，深平均 ３．５ｒａｍ。宝鸡金山电子设备厂由于一次润滑系统缺 油事故，导致Ｂ１０１６Ａ单臂刨床¨叫Ｖ形导轨副一侧 在全长范围内严重研伤，另一侧局部研伤，其中床身 Ｖ形导轨划伤面积超过４０％，划痕沿导轨全长呈现 断续或连续间隔槽状，槽宽在５８ｒａｍ，数量４—６条不 等，槽深０．３一ｌｍｍ，有的地方接近１．５ｒａｍ，槽与槽之 间导轨面基本完好。工作台Ｖ形导轨面由于未淬 火，划伤面积超过５０％，多处出现整片损伤，深度一 般在０．８—１．５ｍｍ。首钢长治钢铁有限公司机修厂 采用自动强力润滑的Ｔ６１１２镗床由于在使用过程
Ａｎａｌｙｓｉｓ
ａｂｏｕｔ
Ｈａｚａｒｄｓ ａｎｄ Ｒｅａｓｏｎｓ ｔｏ ｔｈｅ Ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ Ｇｕｉｄｅｗａｙ ｆｏｒ ｉｎ・ｓｅｒｖｉｃｅ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ
ＰＥＩ Ｘｕ—ｍｉｎ９８，ＬＩＵ Ｃｈａｏ—ｆｅｎｇｏ
（ａ．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ
ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｔｙｐ ｅ；ｅｘｔｅｒｎａｌ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｅｒｅ ｔｈｅ ｌｏａｄ ｆａｃｔｏｒ
ａｎｄ
ｔｈｅ ｌｕ－
ｉｎ－ｓｅｒｖｉｃｅ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌ ｇｕｉｄｅｗａｙ；ｆａｉｌｕｒｅ；ｈａｚａｒｄｓ；ｒｅａｓｏｎｓ
Ｏ
引言 机床的支撑导轨是在机床上用来支承和引导部
造。其导轨副的组合有Ｖ．Ｖ形、菱一菱形等多种形 式。有的床身导轨还有三条或三条以上。导轨分别 与工作台或拖板接触的各个表面中，直接起导向作 用的表面称为“基准导轨面”；与压板或镶条接触，只 起承受切削力作用的表面称为“辅助导轨面”。机床 导轨表面的质量状况关系着机床的加工精度和使用 寿命。机床导轨使用时间越长，导轨磨损越严重。
１２３０ｍｍ×１２０００ｍｍ的机床导轨面。该
刨床的床身由３节拼装，全长２５ｍ。此机床的工作台
有关。为此，导轨必须有足够的刚度和耐磨性。由 于铸铁导轨具有良好的减振耐磨性、稳定性、成本较 低，是大部分机床导轨的首选材料。但铸铁材料存 在硬度低、组织疏松、毛坯缺陷多等弱点，在承载较 重的情况下，更容易磨损、拉伤。一般卧式车床，粗 加丁条件下，两班制使用一年后，铸铁制造的前导轨 （三角形）磨损量可达０．１～０．２ｍｍ。淬火钢导轨的 耐磨性比普通铸铁导轨的高一些，可以提高机床导 轨的使用寿命。 适用于载荷大且导向精度要求不高的机床上的 矩形导轨¨１的中Ｍ面起支承兼导向作用。但是，一 旦起主要导向作用的Ｎ面磨损后不能自动补偿间 隙，使机床加工精度降得更低。 鞍钢重型机械有限责任公司的德国 ＷＡＬＤＲＩＣＨ—ＣＯＢＵＲＧ公司动梁式数控龙门铣床旧１ 的滑枕导轨和托板ｚ轴导轨各面均有磨损。其中， 滑枕导轨，由于结构特点所限，在经过长时间使用后 其磨损要比其他运动轴导轨要严重得多，尤其是两 侧靠近端部存在较大面积严重拉伤，使进行平面和 侧面加工时接刀出台儿现象明显，不能用于精加工。 某公司床身长６ｍ、工作台长３ｍ的Ｂ２１５２龙门 刨床导轨副磨损变形严重，床身导轨中部凹陷
件沿着一定的轨迹运动或起夹紧定位作用的轨道。 按照运动的形式划分，导轨分直线运动导轨和圆周 运动导轨２类。按照运动面间的摩擦性质划分，导 轨有普通滑动导轨（金属对金属、金属对塑料或复合 材料）、静压导轨（液体或气体）和滚动导轨３大类； 按机床类型分为车床导轨副、牛头刨床导轨副、冲床 导轨副、导轨磨床的横梁导轨副、镗床导轨副、铣床 导轨副和用于锅炉、压力容器制造中对各类金属钢 板焊接前的坡口加工的刨边机导轨副等；按构成导 轨副的导轨的位置分工作台导轨和床身导轨。按导 轨本身的形状分为Ｖ型导轨、平面导轨（平导轨）和 矩形导轨。普通机床多采用制造和运转操作简单的 滑动导轨。大型机床导轨可以分段与床身整体铸
２．２
溜板的导轨前端比后端磨损严重。所加工的零件最
大重量为２５ｔ，最大切削力为１０ｔ，工作台的变速范围 为０．７—２８ｒ／ｍ的四米立车…环形导轨有时磨损深 度达１～２．５ｍｍ，以２４０ｍｍ宽轨面最为严重，沿圆锥 母线方向形成凸凹不平的伤痕。车床大拖板经常在 床身导轨上滑动而磨损。由于拖板箱位于床身的前 侧，重心偏向前侧，使拖板前侧的棱形导轨比后侧的 平导轨磨损严重，拖板倾斜下沉。修理平导轨和棱 形导轨由于采用相同的磨削深度，导致磨损严重的 多磨，磨损轻的少磨，这样就加剧了拖板倾斜下沉的
1990w037型钢管倒棱机床的长25m4身上长24m宽350mm的主导轨中部5m长范围内磨损拉伤成密排沟槽深度超过1mm长1m以上的沟槽就有8mm的深坑短槽2mm以内的沟槽难以计数被安排台重型汽车接送两趟送到武汉花费个多月6万余元修理费1990机床导轨的摩擦副表面一旦产生磨损使导轨副间隙变大机床系统刚性降低导致机床的加工精度和生产效率降低
ＳＯ
４５０００２，Ｃｈｉｎａ）
ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ｇｕｉｄｅｗａｙ
ｎｏｔ
ｒｅａｓｏｎｓ ｔｏ
ｆｏｒ ｉｎ－ｓｅｒｖｉｃｅ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌ ｗｅｒｅ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｒｅｓｕｌｔ，ｂｕｔ ａｌ－ ｆｏｒ
ｆｏｒ ｉｎ－ｓｅｒｖｉｃｅ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌ
ｏｎｌｙ
精度、轴与轴之间的相互垂直度误差远远超过规定。
机床的几何精度超差，横梁、刀架、工作台与床身的
２导轨失效的防范途径
防范导轨的失效可以从内因和外因入手。
２．１
传动精度丧失。包钢（集团）公司机械设备制造有限
公司Ｂ２１５３重型龙门刨床…用于刨削最大尺寸为
１５００ｍｍｍ
Ｘ
内因 车床导轨副的失效与导轨的材质和导轨结构等
收稿日期：２０１０—０３—１７；修回日期：２０ＩＩ一０４一ＩＩ
作者简介：裴旭明（１９６２一），女，河南南阳人，郑州轻Ｔ．业学院副教授。硕士。主要从事机械制造与材料加工工艺研究，（Ｅ—ｍａｉｌ）ｐｘｍ＠ｚｚｕｌｉ
ｅｄｕ．ｃｎｏ
万方数据
・３８・
组合机床与自动化加工技术
第６期
１机床导轨失效的危害
机床导轨一旦损坏，机床的拆装校还需花费大 量人力与时间，就会影响生产，对机床维修工增加了 工作难度和负担。床面一次次减薄甚至会导致报 废。如果导轨报废将给企业造成损失。发动机厂加 工缸体的多平面拉床大拉床导轨被拉伤，造成无法 运行，虽采用了Ｆ４带粘接技术修复导轨，仍然造成 停机十天，直接经济损失几十万元。１９９０年１２月， 某制管厂Ｗ０３７型钢管倒棱机床的长２５ｍ、４节的床 身上长２４ｍ、宽３５０ｍｍ的主导轨中部５ｍ长范围内 磨损拉伤成密排沟槽深度超过１ｍｍ，长１ｍ以上的沟 槽就有３条，深０．３～１ ｍｍ的短槽８条，深度大于 ０．８ｒａｍ的深坑短槽９处，深度在０．２ｒａｍ以内的沟槽 难以计数，被安排４台重型汽车接送两趟送到武汉 花费２个多月、６万余元修理费（１９９０年价）。 机床导轨的摩擦副表面一旦产生磨损，使导轨 副间隙变大，机床系统刚性降低，导致机床的加工精 度和生产效率降低。导轨的磨损导致导轨轴的直线
ｔｏ
ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ
ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｗｏｒｋｐ ｉｅｃｅ．Ｉｎｔｅｍａｌ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｒｅａｓｏｎｓ
ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ｇｕｉｄｅｗａｙ
ｉｎ－ｓｅｒｖｉｃｅ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌ ｗｅｒｅ ｍａｔｅｒｉａｌ，ｔｈｅ
ｂｒｉｃａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ
严重过热，甚至造成机床无法正常运转。超大型数 控机床，由于其体形庞大，而且需具备超重的载倚能 力及重切削负荷能力。其导轨副一般设计成较宽的 形式，必要时还要多条导轨来防止重载荷下工作台 的变形，并且可减小超重加丁件对导轨的压强。此 时如果采用静压导轨１４１，通过液压泵及特殊的供油 方式使液压油在导轨副中均匀形成一定的压力，使 中间的润滑油形成刚性的油膜，起到稳定的支撑作 用，从而使导轨副的运行变为不直接接触。此时，导 轨副之间的摩擦力实际上变成了液压油的摩擦力， 磨损率也变为了零磨损。部分静压区油压不够稳 定，会造成导轨整体静压不完全。导轨副的加工，不 仅需要配备大型精密数控机床，同时需要部件导轨 的相匹配性，即导轨与导轨接触精度必须达标。我 国目前的加工能力还是无法达到大型机床导轨副的 装配精度要求，必须再通过刮研工序来解决导轨副的 接触精度。将匹配导轨在涂有着色剂后进行数十次的 合研，而每一次合研都需要几十吨乃至上百吨的吊车 进行起吊翻扣，工作不仅繁忙而且增加了危险性。