四川长征机床集团有限公司生产的首台GLDC4000 动梁龙门移动复合加工中心为重型机床，其滑板静压导轨采用的是黄铜导轨板结构，在实际加工及装配调试过程中，发现黄铜导轨板加工复杂，刮研工作量大；滑板反复吊装困难；生产周期长等问题。于是在接下来的GLF4000 双龙门加工中心设计中，决定将滑板静压导轨结构改进设计为耐磨涂层和贴塑相结合的方式。

      导轨耐磨涂层是以环氧树脂和二硫化钼为基体，加入增塑剂，混合成液状或膏状为一组份和固化剂为另一组份的双组分塑料涂层。为增加耐磨涂层的接触面积，需将动导轨面进行粗加工，一般用梳刨刀在接触面加工出锯齿形。减磨涂层具有以下特点：

      （1）复印成型，精度好；

      （2）制造周期短；

      （3）良好的摩擦性，摩擦系数成正斜率——防爬行好；

      （4）耐磨性好，摩擦副合理，软硬相配，抗擦伤性好；

      （5）涂层与金属的结合力强，附着性好；

      （6）良好的加工性，可经车、铣、刨、钻、磨削和刮削。

      导轨贴塑是将聚四氟乙烯导轨软带等特制的复合工程塑料带直接粘贴在动导轨上，动导轨在贴塑前贴合面须精加工平整，以使贴塑带与导轨粘贴更好。导轨贴塑具有以下特点：

      （1）摩擦性能好；

      （2）耐磨特性好；

      （3）减振性好；

      （4）工艺性能好。

1 改进方案

      滑板底部承重面黄铜导轨板及一边内侧面定位黄铜导轨板不起调整作用，与滑板是固定连接在一起的，故这几处的黄铜导轨板可以去掉，在相应位置采用减磨涂层替代，而侧面的镶条黄铜导轨板及背面的扣压黄铜导轨板因需要调整间隙，相对于滑板来说需要能够移动调整，以使导轨间隙达到最佳要求，故这几处的黄铜导轨板改为铸铁板贴塑的方式（如图1、图2 所示）。这样改进的好处是减少了刮研量和反复起吊滑板的工作量。滑板底部承重面和内侧定位面减磨涂层一次成型，若成型得好，几乎不用刮研（即时局部需再刮研也是很少的刮研量），尤其是滑板底部承重面接触面积大，采用黄铜导轨板刮研量相当大，且刮研时需吊起滑板。外侧调整镶条和背面扣压板改为贴塑之后，也使得刮研工作强度大大降低，塑料刮研比起铜板刮研要轻松许多。

2 导轨减磨涂层的工艺

      （1）导轨涂层的工件制备：在涂敷前将滑板需涂层的导轨面进行粗加工，用梳刨刀在基面加工出（图3）所示的形式，两侧留有支撑边，支撑边用以承受滑板压合时支撑重力的作用和控制涂层厚度的作用；床身导轨精加工好后，将其水平调整到装配精度要求，并将床身与地脚固定好。

      （2）涂层前工件的清洗及准备：将加工好的滑板导轨面去除毛刺，并用清洗剂（如丙酮）清洗滑板和床身导轨面上的污物，清洗至擦不出任何污物为止。然后在床身导轨上涂敷1%的脱模剂（如有机玻璃丙酮溶液），要求涂敷均匀光整。在床身和滑板上涂层有可能溢到的地方也涂上脱模剂，但切忌将脱模剂涂到滑板待涂层的面上。

      （3）涂层施工与定位：计算需要涂层的体积，以此确定出涂层用量，并将涂层料按一定比例混合并调和均匀。将滑板吊至地面并使其导轨面朝上。逐层用减磨涂料涂敷到导轨面上，涂层的两端要高出支撑边约0.5 mm，涂层应刷成微弧型面，以便于压紧时涂层的流淌（如图4 所示）。控制压合前涂料的时间不超过1 小时。减磨涂层涂好后，在滑板承重面的支撑边和内侧定位面支撑边均布放置1 mm 厚等高块（如图5 所示），可以用粘结剂使其与支撑边粘贴好，然后将滑板翻转吊过来，放到床身导轨上扣合。滑板自身重力可保证承重面充分压紧，而内侧定位面则需另外用工装将滑板往床身外侧顶拉，使侧定位面也与床身导轨侧面充分压紧。扣合好后，固化时间不低于24 小时。在等高块的作用下，固化好后的涂层导轨面高于支撑金属面1 mm，可以保证运行时无金属接触摩擦。

      （4）起模加工：经扣合24 小时固化后，吊起滑板翻转过来，检查涂层面有无空洞等缺陷，并将涂层导轨周边扣合时渗出的残留余料清理干净。然后将滑板运至龙门铣床按设计图纸加工出静压油槽。

      （5）刮研：油槽加工好后，将滑板再放到床身上与床身导轨进行合研，用铲刀轻刮涂层面即可，不需多大力气。经实践证明，滑板涂层导轨面起模后光洁度较高，少量的刮研后即可合研至精度要求。

3 导轨贴塑的工艺

      （1）贴塑前的工件制备：贴塑前将贴塑面精加工至要求尺寸，表面粗糙度应达到Ra 6.3以上，以使贴塑块与金属面粘贴更牢固。因贴塑块在贴合好后表面需加工一刀使其平整，加工量约为0.2 mm，最后刮研的时候又需刮去约0.1 mm 的厚度。故若采用2 mm 的贴塑块，最后经加工刮研后贴塑块剩余厚约为2 mm－0.2mm－0.1 mm＝1.7 mm；导轨贴塑前厚度尺寸＝导轨最终厚度－贴塑块剩余厚度。如滑板侧面镶条导轨和背面扣压导轨大端尺寸为30 mm，则贴塑前应加工至30 mm－1.7 mm＝28.3 mm。

      （2）贴塑块粘贴：在粘贴贴塑块之前同样需对导轨粘贴金属面进行清理和清洗，然后用强力粘结剂将贴塑块粘贴到金属面上，粘贴好后用工装将贴塑块压紧在导轨面上并保持固化时间24 小时以上。

      （3）贴塑块表面加工与开油槽：先将导轨贴塑块表面用磨床磨去0.2 mm，使其平整，然后用铣床加工出油槽，油槽深度为0.8 mm。加工油槽的时候，切忌将油槽铣穿至金属面，因油槽铣穿后，在长期使用中会使油慢慢浸入贴塑块粘贴面，造成贴塑块的脱落。

      （4）刮研：将加工好的贴塑导轨与床身合研，因贴塑导轨板属于可调整的镶条导轨板，与滑板能够拆离，故合研时不需频繁翻转起吊滑板，只需将镶条嵌入滑板与床身导轨之间合研，然后取出刮研，贴塑块刮研也比铜导轨板轻松容易得多，反复多次轻刮至合研精度要求为止。

4 静压油槽结构设计

      （1）等效油腔

静压导轨的油腔分为油腔式及油槽式两种。具有同样轮廓尺寸B、L 的油垫支撑，只要油腔外围的轮廓尺寸b、l 相同，则油腔具有等效的有效承载面积（如图6 所示）。 

      （2）油腔形式及尺寸的设计

      ①油腔应有足够的初始托举力所谓初始托举力，是指油泵刚启动而支撑尚未浮起时的静压推力。如果导轨面之间贴合非常紧密，则油液只能充满油腔的挖空部分，此时的承载面积远小于有效承载面积Ae：

                 Ae＝(L＋l)(B＋b) （1）  

      式中：L 为每个油垫支撑的长度，cm；l 为每个油腔的长度，cm；B 为每个油垫的宽度，cm；b 为每个油腔的宽度，cm。

      一般由于导轨面并非贴合得十分紧密，油液总有一部分渗入结合面之间，因此，实际的初始承载面积，大致介于有效承载面积与油腔挖空部分面积之间：

                     Ae'＝(Ae＋Ar) （2）

      式中：Ae'为实际的油腔承载面积，cm2，初始承载面积；Ae 为油腔有效承载面积cm2；Ar 为油腔挖空部分面积，cm2。油腔的初始托举力为：

                         Fro＝Ps×Ae' （3）

      式中：Fro 为初始托距力，kgf；Ps 为油泵供油压力，kgf/cm2。要使移动件浮起，必须使初始托举力大于移动件的自重及其上的最大工件重量：

                          Fro≥Fg＋Fgmax

      式中：Fg 为移动件重量，kgf；Fgmax 为工件最大的重量，kgf。显然，为使有足够的初始托举力，必须要有足够的油槽宽度及油槽数量。但油槽也不能太宽，否则导轨接触面积小，比压增大，当偶然断油时，会损坏导轨面，因此必须合理选择。

      ②考虑动压力对油膜厚度的影响，在静压导轨面上应设纵向的支撑s1 和s2（见图6）。

      ③油槽要便于加工。

      （3）油腔数及其布置

      为了使油膜均匀，每条导轨面在其长度方向的油腔数不得少于2 个，油腔之间设置回油槽，各个油腔的压力互不干扰。一般推荐：导轨长度在2 m 以下时，取2～4 个油腔；导轨长度在2 m 以上时，一般不要超过5～6 个油腔，每个油腔的长度为0.5～1.5 m。油腔不要开得太长，否则不利于调整。

      下面以滑板为例设计其底部承重面静压导轨油槽尺寸及确定静压供油压力。滑板底面涂层静压导轨长度为2790 mm，单个滑板自重约6000 kg，滑板上有立柱，操作站，横梁，液压站等总计重量约为68000 kg，这些力设为由两个滑板均匀支撑，于是单个滑板底面导轨承受重力为68000/2＋6000＝40000 kg。

      定导轨的油腔数及油腔尺寸

      由于导轨较长，决定分成四段油腔，每段油腔长690 mm，油腔油槽及油腔之间的回油槽的宽度均取10 mm。考虑结构条件，取平导轨尺寸为：B＝220 mm，L＝690mm，b＝140mm，l＝600mm。如图7 所示。

      ②确定油泵供油压力Ps每个滑板底面静压油腔数为8 个，故每个油腔承受的初始托力Fro＝40000 kg/8＝5000kg；将平导轨尺寸代入式（1），算出油腔有效承载面积Ae＝1161 CM2，另根据油腔尺寸算出每个油腔挖空部分面积Ar＝658.5 CM2；根据式 

      （3），算出油腔需要的供油压力Ps＝Fro/Ae'＝7.6 kgf/CM2，滑板托起后在运动过程中油腔的有效承载面积Ae 比初始承载面积Ae'更大，此时需要的供油压力反而比初始托起时压力更小，可算得工作时油腔压力为Fro/Ae＝4.3 kgf/CM2。因此保证滑板能正常运行的油泵压力至少应大于于或等于7.6 kgf/CM2。若算出所需的油泵压力超出额定值，则可通过调整油腔B、L、b、l 的尺寸，改变所需静压力，使油泵工作在正常压力范围内。

      定量供油式静压导轨由于每个油腔的留量为常数，因此油腔压力Pr、油膜厚度h 与润滑油粘度ηt 存在以下关系：

      可见油腔压力与油膜厚度立方成反比，这也说明了为什么在初始时油腔压力大于运行时油腔压力，因为初始时滑板未托起的油膜厚度小于工作时油膜厚度，工作时油膜厚度约为0.05 mm。

      同理可以算出滑板其余静压导轨面的压力，因滑板内侧定位面导轨与镶条导轨及底部的扣压导轨板只是改成了涂层或贴塑导轨形式，而外形尺寸并没有改变，故油槽形式可以保持不变。

5 效益分析

      滑板静压导轨采用减磨涂层和贴塑改进后，在材料、加工、装配各方面都比原来有明显优势，下面用表1 比较分析各项费用。

      对比可发现由此带来的经济效益是非常可观的。

6 结语

      静压导轨采用涂层和贴塑相结合的方式，不仅大大提高了导轨的配合要求，而且在提高导轨性能的基础上还减少了成本和显著提高了生产效率。导轨涂层这项技术，约上世纪60 年代起源于德国，1970 年后，伴随着机床合作引入我国，2002 年后，这项技术在国内有了较快的发展，目前广泛应用于机床、国防军工、机械、能源等行业的复杂重要部件上，对国家重大装备制造业及机电行业的发展有重要意义。