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詳解CNC機(jī)床機(jī)械部分常見問題與修復(fù)
機(jī)床一些做相對滑動的零、部件，如滑板與導(dǎo)軌、軸與滑動軸承、蝸桿與蝸輪等在運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，其表面上常常會出現(xiàn)劃痕或溝槽，我們稱這種現(xiàn)象為研傷。研傷破壞了機(jī)床的精度，影響了機(jī)床的使用壽命，若修理不及時(shí)，研傷產(chǎn)生的顆粒，還會加劇研傷，而研傷產(chǎn)生溝槽容易藏污納垢，也會加劇研傷，嚴(yán)重時(shí)能使相互的滑動件中止滑動，產(chǎn)生咬死現(xiàn)象。研傷實(shí)質(zhì)上就是非正常情況下的磨損，機(jī)床上常見的研傷，按產(chǎn)生的原因主要可分為兩種類型：一種是粘著磨損型研傷，另一種是磨粒磨損型研傷。現(xiàn)就這兩種類型研傷產(chǎn)生的原因、預(yù)防措施及修復(fù)方法，做些簡單介紹。
一、粘著磨損型研傷
這種研傷是指磨擦副在相對運(yùn)動時(shí)，由于互相磨擦，接觸表面的材料從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一個(gè)表面，致使磨擦表面產(chǎn)生了劃痕與溝槽。
1.粘著磨損型研傷的產(chǎn)生機(jī)理
研究表明：固體表面狀況，從微觀的角度看是存在著凸凹不平的缺陷的，即使是經(jīng)過拋光加工也不能完全消除凸峰和凹谷。當(dāng)兩個(gè)磨擦表面接觸時(shí)，實(shí)際上是兩個(gè)磨擦表面的凸峰相互接觸。由于接觸應(yīng)力很大，以致產(chǎn)生彈、塑性變形，使接觸面積增大，直到能夠承受全部載荷時(shí)為止。在這種情況下，金屬接觸表面上將出現(xiàn)牢固的粘著點(diǎn)，這種現(xiàn)象就是通常講的冷焊粘著。這些粘著點(diǎn)是在沒有表面膜的情況下產(chǎn)生的，當(dāng)磨擦副表面上有表面膜時(shí)，只受法向力作用，其冷焊粘著也是不會產(chǎn)生的。若同時(shí)有切向力的作用，且法向力和切向力都很大，并在做相對滑動時(shí)，磨擦表面的溫度就會升高，在高溫高壓下，致使油膜破壞，接觸的金屬表面就會軟化或熔化，接觸點(diǎn)就產(chǎn)生粘著—撕脫—粘著—撕脫的循環(huán)過程，使接觸表面的材料從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一表面上，從而使其中一個(gè)表面(或兩個(gè)表面)上形成劃痕和溝槽，也就是形成粘著磨損型的研傷。
2.粘著磨損型的研傷的分類
根據(jù)磨擦副表面研傷的破壞程度，我們可將機(jī)床上常見的粘著磨損型研傷劃分為四類：
(1)涂抹研傷僅發(fā)生在軟金屬淺層表面，被研傷的軟金屬薄層以涂抹的方式，轉(zhuǎn)移到硬金屬表面上，例如：蝸桿副運(yùn)行一段時(shí)間后，蝸桿表面上的花涂抹在蝸桿表面上。
(2)擦傷研傷發(fā)生在軟金屬表面表層以下較淺的部分，破壞方式是沿運(yùn)動方向產(chǎn)生細(xì)小劃痕，有時(shí)硬金屬表面上也有可能劃傷。最常見的是在機(jī)床運(yùn)行初期、軸和滑動軸承處于摩合期的磨損。
(3)膠合(或稱撕脫)研傷發(fā)生在相互磨擦的兩個(gè)零件的一方或兩方的基體較深處，由于表面局部溫度高，壓力大，使粘著結(jié)合強(qiáng)度任一基體金屬剪切強(qiáng)度，當(dāng)磨擦副做相對滑動時(shí)其表面做一日和尚撞一天鐘產(chǎn)生撕脫性破壞，出現(xiàn)膠合性研傷。如凸輪副、蝸桿副、齒輪副，較為常見;機(jī)床的滑板與導(dǎo)軌在缺乏潤滑油而導(dǎo)致干磨擦?xí)r，也常會產(chǎn)生此類研傷。
(4)咬死當(dāng)磨擦副表面瞬時(shí)閃發(fā)的溫度相當(dāng)高、粘著區(qū)較大、粘著點(diǎn)的強(qiáng)度也相當(dāng)高，粘結(jié)不能從基體上剪切掉，以致造成相對運(yùn)動中止的現(xiàn)象。咬死是研傷中最嚴(yán)重的一種。例如軸與滑動軸承當(dāng)潤滑不良而出現(xiàn)的“抱軸”，大都會產(chǎn)生這種研傷;大型機(jī)床的導(dǎo)軌缺油引起的大面積研傷也會產(chǎn)生咬死。
3.粘著磨損型的研傷的影響因素及預(yù)防措施
影響此類研傷的因素很多，我們可以針對這些因素采取相應(yīng)措施，來預(yù)防其產(chǎn)生和發(fā)展。
(1)潤滑油脂的因素潤滑狀態(tài)對粘著磨損型研傷影響極大，只要磨擦表面始終保持足夠強(qiáng)度潤滑膜，避免磨擦表面之間金屬的直接接觸表面而形成干磨擦或半干摩擦，就可以有效防止和控制粘著磨損型研傷的產(chǎn)生和發(fā)展。在影響此類研傷的各種因素中，確保摩擦表面的良好潤滑是最重要的因素。潤滑油中加入油性或粘度添加劑，能提高潤滑油膜吸附能力及油膜強(qiáng)度，可成倍提高抗研傷的能力。
(2)壓力因素粘著磨損型研傷，一般是隨著壓力的增大而增加。當(dāng)壓力負(fù)荷超過摩擦副材料硬度的一定值時(shí)，摩擦副表面氧化膜被壓潰，兩表面之間新生面的凸出點(diǎn)互相嵌入，相對移動時(shí)，會使此類研傷急劇增加，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致摩擦副表面膠合，甚至咬死。所以使用機(jī)床時(shí)，工作臺、滑動導(dǎo)軌要避免超負(fù)荷運(yùn)行，如龍門刨床、銑床、鏜床等在工作臺上裝夾工件，既要分布合理，又不要超重。機(jī)床在大修理時(shí)，其導(dǎo)軌進(jìn)行淬火處理，對預(yù)防此類研傷也有很大效果。
(3)溫度的因素溫度對產(chǎn)生粘著磨損型研傷影響也很大。在摩擦過程中所產(chǎn)生的熱量，使摩擦表面的溫度升高到一定程度后，輕者，破壞潤滑膜，使金屬表面直接接觸而形成干摩擦或半干摩擦;重者，能使材料處于回火狀態(tài)而降低材料硬度;更重者，局部區(qū)域能使摩擦表面的材料處于熔化狀態(tài)。這些都將促使此類研傷的產(chǎn)生。選用熱穩(wěn)定性高的材料或加強(qiáng)冷卻等措施，是防止因溫度而導(dǎo)致粘著磨損型研傷的有效方法。
(4)滑動速度的因素在壓力一定的情況下，滑動速度小，形成潤滑油膜的作用就減小，油膜厚度較小，油膜常因承受不了運(yùn)動件的壓力而部分破壞，造成兩金屬直接接觸，容易導(dǎo)致研傷。但滑動速度大到一定程度時(shí)，使摩擦副的溫度升高，易破壞潤滑油膜，也容易導(dǎo)致研傷，所以選擇合適的滑動速度可以降低產(chǎn)生粘著磨損型研傷的傾向。
(5)表面粗糙度的因素一般說來，摩擦副表面粗糙度越小，抗粘著磨損型研傷的能力就越大，適當(dāng)降低表面粗糙度可防止此類研傷，對于新機(jī)床，常常采用逐漸加載跑合運(yùn)行，目的就是降低表面粗糙度，以減少早期產(chǎn)生粘著磨損型研傷。但摩擦副表面粗糙度降得過低，潤滑劑不能儲存于摩擦面之間，又易導(dǎo)致研傷，所以當(dāng)機(jī)床導(dǎo)軌上的花紋被磨損后，在保養(yǎng)機(jī)床時(shí)，常常重新在上刮上花紋，目的是便于儲油，預(yù)防研傷。
(6)材料的因素脆性材料比塑性材料的抗粘著磨損能力強(qiáng);互溶性大的材料所組成的摩擦副比互溶性小的材料所組成的摩擦副，更容易產(chǎn)生磨損型研傷;金屬與非金屬組成的摩擦副比兩種金屬所組成的摩擦副產(chǎn)生此類研傷的傾向小。檢修機(jī)床時(shí)，可采用非金屬涂層修復(fù)滑板導(dǎo)軌、軸和套采用不同材料，或?qū)S進(jìn)
行表面處理工藝等，減小產(chǎn)生粘著磨損型研傷。
二、磨粒磨損型研傷
這種研傷是指污染進(jìn)入兩摩擦表面間的硬顆粒，在表面運(yùn)動時(shí)所起的顯著切削作用，致使磨擦表面產(chǎn)生劃痕和溝槽。
1.磨粒磨損型研傷的產(chǎn)生機(jī)理
硬顆粒進(jìn)入兩摩擦表面之間后受到兩個(gè)力的作用，垂直于表面與平行與表面的力。硬顆粒在前者作用下刺入表面，而在后者作用下產(chǎn)生切向運(yùn)動，這就導(dǎo)致表面被犁皺或切削，留下劃痕和溝槽，即研傷。
2.磨粒磨損型研傷的分類
(1)磕碰引起的比如機(jī)床的導(dǎo)軌，受到工件或工具等物品高應(yīng)力的磕碰后，導(dǎo)軌的表面將出現(xiàn)凹坑，而凹坑的周圍同時(shí)會出現(xiàn)凸起或毛刺。如不及時(shí)修理，當(dāng)滑板在導(dǎo)軌上滑動是時(shí)，導(dǎo)軌上的凸起或毛刺，勢必將滑板研傷。
(2)硬顆粒兩摩擦面之間引起的比如切屑或型砂進(jìn)入機(jī)床的導(dǎo)軌與滑板之間，將形成典型的磨粒磨損型研傷：切屑或型砂在垂直的壓力下，壓潰導(dǎo)軌或滑板表面，移動時(shí)便將導(dǎo)軌或滑板研傷。
(3)污物進(jìn)入摩擦面之間引起的比如污垢通過潤滑油進(jìn)入摩擦面之間，雖然不會壓摩擦表面，但能改變摩擦表面的接觸狀況，由于污垢的支承，與污垢接觸位置承受的壓應(yīng)力增大，長時(shí)間運(yùn)行后，勢必使摩擦表面產(chǎn)生擦傷或微小的劃痕。
3.磨粒磨損型研傷的預(yù)防
(1)首先要防止摩擦副表面磕傷碰傷比如不在機(jī)床導(dǎo)軌上堆放工具、量具、工件等雜物，其次是摩擦副表面發(fā)生磕碰傷后要及時(shí)修理，比如對產(chǎn)生的凸起和毛刺，要用油石或刮刀及時(shí)修平，防止研傷摩擦表面;對出現(xiàn)的凹坑要盡可能修補(bǔ)，防止凹坑內(nèi)藏污納垢，給研傷留下隱患。
(2)設(shè)防和配置護(hù)罩，防止如切屑、型砂等硬顆粒進(jìn)入摩擦表面間，一旦發(fā)現(xiàn)硬顆粒或雜物進(jìn)入摩擦面之間，應(yīng)立即排除，防止研傷產(chǎn)生或擴(kuò)展。
(3)按時(shí)保養(yǎng)機(jī)床，及時(shí)清除導(dǎo)軌、滑板、油孔其及死角的污物油垢，防止污物進(jìn)入摩擦表面之間，形成磨粒磨損型研傷。
三、研傷的修復(fù)
機(jī)床的摩擦副一旦發(fā)生了研傷，就必須立即停止運(yùn)行，找出原因，研傷的程度，采取不同措施。一般來說，對涂抹一類的研傷，可以不做修復(fù)，但要加強(qiáng)潤滑，防止擴(kuò)展;對擦傷(包括污物引起的擦傷)，要清除污物，并用油石或刮刀將擦傷部位修平后，可繼續(xù)運(yùn)行：而對膠合、咬死及硬顆粒引起的研傷，則必須進(jìn)行修復(fù)。現(xiàn)在就常見幾種摩擦副的研傷修復(fù)便有些簡單介紹：
1.滑動軸承與軸的修復(fù)
(1)滑動軸承表面被研傷后，首選的修復(fù)方案應(yīng)是刮石匠方法修復(fù)。一般來說，滑動軸承都留有可供調(diào)整和修理的余量，可以滿足機(jī)床的一個(gè)修理周期。如果研傷十分嚴(yán)重，修理余量不能滿足，就需要考慮更換了。兩半瓦式滑動軸承研傷后，可以減薄墊片重新組裝后，刮研軸瓦內(nèi)孔要求精度，修復(fù)后繼續(xù)使用。
(2)當(dāng)軸頸有研傷后，可采用磨小軸頸、更換滑動軸承的方法。但軸頸修磨不宜太大，比如機(jī)床主軸，修磨量不宜超過軸頸表面淬火，或者滲碳、氮化、氰化的厚度、修磨后軸頸表面硬度不得低于原設(shè)計(jì)硬度的下限;對于傳動軸來說，軸頸不應(yīng)小于裝配時(shí)在裝配方向前端軸頸或凸臺的尺寸。
如果用焊補(bǔ)的方法來修復(fù)軸頸，那么要考慮焊補(bǔ)加熱過程對軸的幾何精度、機(jī)械強(qiáng)度及表面硬度的影響。軸頸修復(fù)后，一般都需要按軸頸重新配做滑動軸承(或稱軸套)。
2.機(jī)床導(dǎo)軌的修復(fù)
對于機(jī)床導(dǎo)軌的輕微研傷和擦傷，只要用喬刀或油石修復(fù)，即可繼續(xù)運(yùn)行。而對膠合性研傷，則需要用焊補(bǔ)或充填粘補(bǔ)的方法來修復(fù)，即便是較大面積的研傷，只要保留較大部分完好的導(dǎo)軌面，也可以用此類方法修復(fù)。待到機(jī)床三令五申俚，再采用精刨、精磨或粘板、鑲板等方法修復(fù)。
對機(jī)床導(dǎo)軌研傷的焊補(bǔ)與粘補(bǔ)，相對說來工藝比較復(fù)雜一些，特別是大面積研傷的修復(fù)，施工前更應(yīng)考慮細(xì)致一些;首先要考慮所采用的修復(fù)工藝對導(dǎo)軌的精度、機(jī)械性能有否影響，比如焊補(bǔ)和粘補(bǔ)大都需要加溫，那么工藝過程中的溫度是否會引起導(dǎo)軌變形，是否會改變導(dǎo)軌的機(jī)械強(qiáng)度和表面硬度等。第二，要考慮所采用的修復(fù)工藝對導(dǎo)軌材料的適應(yīng)性，比如鑄鐵材料的導(dǎo)軌一般不采用鑄鐵堆焊，因鑄件的可焊性差，易產(chǎn)生裂紋、氣孔等缺陷，且加工也困難。工藝過程溫度高(指氣焊)，易引起導(dǎo)軌變形等。第三要考慮修補(bǔ)層本身的機(jī)械強(qiáng)度與導(dǎo)軌實(shí)際工作花。比如，我們同樣用錫鉍合金堆焊修復(fù)4m龍門刨床導(dǎo)軌和T68鏜訂導(dǎo)軌，由于前者導(dǎo)軌潤滑條件好，已使用20年了，情況仍然良好;而后者由于潤滑條件差、工作花差，僅三年就脫落完了。總之要盡可能使修補(bǔ)層滿足一定的使用周期。
在機(jī)床大修理時(shí)，對導(dǎo)軌一般是采取如下兩種方法修復(fù)：首先把床身導(dǎo)軌進(jìn)行精刨、精銑或精磨，將研傷修平，根據(jù)床身導(dǎo)軌修去的尺寸以及滑板的磨損情況，或者更換滑板，或者在滑板導(dǎo)軌上粘接其他補(bǔ)償材料，比如聚四氯乙烯軟帶，環(huán)氧類耐磨涂料、鑲尼龍板或金屬板等，以補(bǔ)償尺寸鏈另一種方法就是在精加工后的床身導(dǎo)軌上鑲上預(yù)先熱處理過的鋼導(dǎo)軌或淬硬鋼帶。
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