直線導(dǎo)軌的性能應(yīng)用及特點

隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的不斷發(fā)展，使得傳統(tǒng)的制造業(yè)發(fā)生了巨大的變化，數(shù)控技術(shù)、機電一體化和工業(yè)機器人在生產(chǎn)中得到了更加廣泛的應(yīng)用。同時機械傳動機構(gòu)的定位精度、導(dǎo)向精度和進給速度在不斷提高，使傳統(tǒng)的導(dǎo)向機構(gòu)發(fā)生了重大變化。自1973年開始商品化以來，滾動直線導(dǎo)軌副以其獨有的特性，逐漸取代了傳統(tǒng)的滑動直線導(dǎo)軌，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。適應(yīng)了現(xiàn)今機械對于高精度、高速度、節(jié)約能源以及縮短產(chǎn)品開發(fā)周期的要求，已被廣泛應(yīng)用在各種重型組合加工機床、數(shù)控機床、高精度電火花切割機、磨床、工業(yè)用機器人乃至一般產(chǎn)業(yè)用的機械中。

  滾動直線導(dǎo)軌副的性能特點

  1.定位精度高

  滾動直線導(dǎo)軌的運動借助鋼球滾動實現(xiàn)，導(dǎo)軌副摩擦阻力小，動靜摩擦阻力差值小，低速時不易產(chǎn)生爬行。重復(fù)定位精度高，適合作頻繁啟動或換向的運動部件。可將機床定位精度設(shè)定到超微米級。同時根據(jù)需要，適當(dāng)增加預(yù)載荷，確保鋼球不發(fā)生滑動，實現(xiàn)平穩(wěn)運動，減小了運動的沖擊和振動。

  2.磨損小

  對于滑動導(dǎo)軌面的流體潤滑，由于油膜的浮動，產(chǎn)生的運動精度誤差是無法避免的。在絕大多數(shù)情況下，流體潤滑只限于邊界區(qū)域，由金屬接觸而產(chǎn)生的直接摩擦是無法避免的，在這種摩擦中，大量的能量以摩擦損耗被浪費掉了。與之相反，滾動接觸由于摩擦耗能小，滾動面的摩擦損耗也相應(yīng)減少，故能使?jié)L動直線導(dǎo)軌系統(tǒng)長期處于高精度狀態(tài)。同時，由于使用潤滑油也很少，這使得在機床的潤滑系統(tǒng)設(shè)計及使用維護方面都變的非常容易。

  3.適應(yīng)高速運動且大幅降低驅(qū)動功率

  采用滾動直線導(dǎo)軌的機床由于摩擦阻力小，可使所需的動力源及動力傳遞機構(gòu)小型化，使驅(qū)動扭矩大大減少，使機床所需電力降低80%，節(jié)能效果明顯?？蓪崿F(xiàn)機床的高速運動，提高機床的工作效率20~30%。

  4.承載能力強

  滾動直線導(dǎo)軌副具有較好的承載性能，可以承受不同方向的力和力矩載荷，如承受上下左右方向的力,以及顛簸力矩、搖動力矩和擺動力矩。因此，具有很好的載荷適應(yīng)性。在設(shè)計制造中加以適當(dāng)?shù)念A(yù)加載荷可以增加阻尼，以提高抗振性，同時可以消除高頻振動現(xiàn)象。而滑動導(dǎo)軌在平行接觸面方向可承受的側(cè)向負荷較小，易造成機床運行精度不良。

  5.組裝容易并具互換性

  傳統(tǒng)的滑動導(dǎo)軌必須對導(dǎo)軌面進行刮研，既費事又費時，且一旦機床精度不良，必須再刮研一次。滾動導(dǎo)軌具有互換性，只要更換滑塊或?qū)к壔蛘麄€滾動導(dǎo)軌副，機床即可重新獲得高精度。

  如前所述，由于滾珠在導(dǎo)軌與滑塊之間的相對運動為滾動，可減少摩擦損失。通常滾動摩擦系數(shù)為滑動摩擦系數(shù)的2%左右，因此采用滾動導(dǎo)軌的傳動機構(gòu)遠優(yōu)越于傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌。

  滾動直線導(dǎo)軌副的選用方法

  滾動直線導(dǎo)軌副具有承載能力大、接觸剛性高、可靠性高等特點，主要在機床的床身、工作臺導(dǎo)軌和立柱上、下升降導(dǎo)軌上使用。我們在選用時可以根據(jù)負荷大小，受載荷方向、沖擊和振動大小等情況來選擇。

  1.受力方向

  由于滾動直線導(dǎo)軌副的滑塊與導(dǎo)軌上通常有4列圓弧滾道，因此能承受4個方向的負荷和翻轉(zhuǎn)力矩。導(dǎo)軌承受能力隨滾道中心距增大而加大。

  2.負荷大小

  滾動直線導(dǎo)軌不同規(guī)格有著不同的承載能力，可根據(jù)承受負荷大小選擇。為使每副滾動直線導(dǎo)軌均有比較理想的使用壽命，可根據(jù)所選廠家提供的近似公式計算額定壽命和額定小時壽命，以便給定合理的維修和更換周期。還要考慮滑塊承受載荷后，每個滑塊滾動阻力的影響，進行滾動阻力的計算，以便確定合理的驅(qū)動力。

  3.預(yù)加負載的選擇

  根據(jù)設(shè)計結(jié)構(gòu)的沖擊、振動情況以及精度要求，選擇合適的預(yù)壓值。

  滾動直線導(dǎo)軌副的現(xiàn)狀

  目前，國外生產(chǎn)滾動直線導(dǎo)軌副的廠商主要集中在美國、英國、德國及日本等國家。國內(nèi)在滾動直線導(dǎo)軌副的制造方面還處于初始階段，與國外相比，仍有差距，主要表現(xiàn)為：品種少、產(chǎn)量小、使用壽命低，噪音大，加工工藝也不如國外先進。以南京工藝裝備制造廠、廣東凱特精密機械有限公司為代表的國內(nèi)企業(yè)，正在努力縮小這種差距，他們的部分產(chǎn)品已經(jīng)具有國際先進水平。

  直線滾動導(dǎo)軌副的發(fā)展趨勢

  滾動直線導(dǎo)軌副的新類型、新功能目前在不斷涌現(xiàn)，并正在向組合化、集成化、高速、低噪音、智能化方向發(fā)展。

  1.用滾珠保持的滾動直線導(dǎo)軌副

  THK公司采用滾珠保持架與滾珠構(gòu)成一體，保持滾珠平穩(wěn)的進行循環(huán)運動，消除了滾珠間的相互摩擦，開發(fā)了噪聲低、免維修、壽命長、速度可達300m/min的超高速直線運動的SSR導(dǎo)軌副，并已開始推廣。該導(dǎo)軌副實現(xiàn)了100m/min運動速度下噪聲小于50dB，摩擦波動幅度減少到以往產(chǎn)品的1/5。另外，通過了一次加油脂2cm3，運行2800km的試驗。今后帶滾珠保持架的直線運動導(dǎo)軌副將逐漸成為高檔數(shù)控機床選用的主流。

  2.直線電動機和直線導(dǎo)軌并用

  采用一體化直線電動機的滑臺系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、運行中動力大的特點。同時滑臺系統(tǒng)的定位精度也有所提高。SKF直線系統(tǒng)有限公司與Pratec直線電動機制造廠進行合作，并于1996年已開始推廣一體化的直線電動機滑臺系統(tǒng)產(chǎn)品。

  3.混合工作臺

  日本研制了一種新型的滾動直線導(dǎo)軌副工作臺，它具有一套滑動電磁塊裝置，可在定位加工時吸到導(dǎo)軌上以增加摩擦力，從而提高了系統(tǒng)的抗振性能，所以它又稱為混合工作臺(hybridtablesystem)。

  4.新材料制造的滾動直線導(dǎo)軌副

  由于用戶要求的多樣化及使用環(huán)境的不同，出現(xiàn)了用新材料制造的滾動直線導(dǎo)軌副。例如，采用不銹鋼制作的產(chǎn)品，其導(dǎo)軌軸、滑塊、鋼球、密封端和保持器均采用不銹鋼材料制作，而反向器采用合成樹脂，故耐腐蝕性提高。對于要求高溫和真空用途時，反向器可以采用不銹鋼材。此外，用陶瓷材料制造的滾動直線導(dǎo)軌副將會得到開發(fā)應(yīng)用。

  目前，在惡劣環(huán)境即高粉塵濃度、強酸、強堿和高腐蝕場合使用直線導(dǎo)軌還有一定的局限性。但隨著直線導(dǎo)軌技術(shù)的日益完善，以及直線導(dǎo)軌具有高速性與控制性等諸多突出的優(yōu)點，以及豐富的類型和功能，可以預(yù)期，此機構(gòu)作為一個功能部件將越來越多地用在數(shù)控機床等機械設(shè)備上。