直線導(dǎo)軌的性能應(yīng)用及特點(diǎn)

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(jī)電一體化和工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)中得到了更加廣泛的應(yīng)用。同時(shí)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的定位精度、導(dǎo)向精度和進(jìn)給速度在不斷提高，使傳統(tǒng)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)發(fā)生了重大變化。自1973年開(kāi)始商品化以來(lái)，滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副以其獨(dú)有的特性，逐漸取代了傳統(tǒng)的滑動(dòng)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(jī)械對(duì)于高精度、高速度、節(jié)約能源以及縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期的要求，已被廣泛應(yīng)用在各種重型組合加工機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、高精度電火花切割機(jī)、磨床、工業(yè)用機(jī)器人乃至一般產(chǎn)業(yè)用的機(jī)械中。

  滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的性能特點(diǎn)

  1.定位精度高

  滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)借助鋼球滾動(dòng)實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)軌副摩擦阻力小，動(dòng)靜摩擦阻力差值小，低速時(shí)不易產(chǎn)生爬行。重復(fù)定位精度高，適合作頻繁啟動(dòng)或換向的運(yùn)動(dòng)部件?？蓪C(jī)床定位精度設(shè)定到超微米級(jí)。同時(shí)根據(jù)需要，適當(dāng)增加預(yù)載荷，確保鋼球不發(fā)生滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，減小了運(yùn)動(dòng)的沖擊和振動(dòng)。

  2.磨損小

  對(duì)于滑動(dòng)導(dǎo)軌面的流體潤(rùn)滑，由于油膜的浮動(dòng)，產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)精度誤差是無(wú)法避免的。在絕大多數(shù)情況下，流體潤(rùn)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(wú)法避免的，在這種摩擦中，大量的能量以摩擦損耗被浪費(fèi)掉了。與之相反，滾動(dòng)接觸由于摩擦耗能小，滾動(dòng)面的摩擦損耗也相應(yīng)減少，故能使?jié)L動(dòng)直線導(dǎo)軌系統(tǒng)長(zhǎng)期處于高精度狀態(tài)。同時(shí)，由于使用潤(rùn)滑油也很少，這使得在機(jī)床的潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)及使用維護(hù)方面都變的非常容易。

  3.適應(yīng)高速運(yùn)動(dòng)且大幅降低驅(qū)動(dòng)功率

  采用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的機(jī)床由于摩擦阻力小，可使所需的動(dòng)力源及動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)小型化，使驅(qū)動(dòng)扭矩大大減少，使機(jī)床所需電力降低80%，節(jié)能效果明顯。可實(shí)現(xiàn)機(jī)床的高速運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)床的工作效率20~30%。

  4.承載能力強(qiáng)

  滾動(dòng)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(dòng)力矩和擺動(dòng)力矩。因此，具有很好的載荷適應(yīng)性。在設(shè)計(jì)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(shí)可以消除高頻振動(dòng)現(xiàn)象。而滑動(dòng)導(dǎo)軌在平行接觸面方向可承受的側(cè)向負(fù)荷較小，易造成機(jī)床運(yùn)行精度不良。

  5.組裝容易并具互換性

  傳統(tǒng)的滑動(dòng)導(dǎo)軌必須對(duì)導(dǎo)軌面進(jìn)行刮研，既費(fèi)事又費(fèi)時(shí)，且一旦機(jī)床精度不良，必須再刮研一次。滾動(dòng)導(dǎo)軌具有互換性，只要更換滑塊或?qū)к壔蛘麄€(gè)滾動(dòng)導(dǎo)軌副，機(jī)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(duì)運(yùn)動(dòng)為滾動(dòng)，可減少摩擦損失。通常滾動(dòng)摩擦系數(shù)為滑動(dòng)摩擦系數(shù)的2%左右，因此采用滾動(dòng)導(dǎo)軌的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)優(yōu)越于傳統(tǒng)滑動(dòng)導(dǎo)軌。

  滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的選用方法

  滾動(dòng)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(diǎn)，主要在機(jī)床的床身、工作臺(tái)導(dǎo)軌和立柱上、下升降導(dǎo)軌上使用。我們?cè)谶x用時(shí)可以根據(jù)負(fù)荷大小，受載荷方向、沖擊和振動(dòng)大小等情況來(lái)選擇。

  1.受力方向

  由于滾動(dòng)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(gè)方向的負(fù)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(fù)荷大小

  滾動(dòng)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(fù)荷大小選擇。為使每副滾動(dòng)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(jì)算額定壽命和額定小時(shí)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(gè)滑塊滾動(dòng)阻力的影響，進(jìn)行滾動(dòng)阻力的計(jì)算，以便確定合理的驅(qū)動(dòng)力。

  3.預(yù)加負(fù)載的選擇

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

  滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的現(xiàn)狀

  目前，國(guó)外生產(chǎn)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的廠商主要集中在美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)及日本等國(guó)家。國(guó)內(nèi)在滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的制造方面還處于初始階段，與國(guó)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(guó)外先進(jìn)。以南京工藝裝備制造廠、廣東凱特精密機(jī)械有限公司為代表的國(guó)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(guó)際先進(jìn)水平。

  直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的發(fā)展趨勢(shì)

  滾動(dòng)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(dòng)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(jìn)行循環(huán)運(yùn)動(dòng)，消除了滾珠間的相互摩擦，開(kāi)發(fā)了噪聲低、免維修、壽命長(zhǎng)、速度可達(dá)300m/min的超高速直線運(yùn)動(dòng)的SSR導(dǎo)軌副，并已開(kāi)始推廣。該導(dǎo)軌副實(shí)現(xiàn)了100m/min運(yùn)動(dòng)速度下噪聲小于50dB，摩擦波動(dòng)幅度減少到以往產(chǎn)品的1/5。另外，通過(guò)了一次加油脂2cm3，運(yùn)行2800km的試驗(yàn)。今后帶滾珠保持架的直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌副將逐漸成為高檔數(shù)控機(jī)床選用的主流。

  2.直線電動(dòng)機(jī)和直線導(dǎo)軌并用

  采用一體化直線電動(dòng)機(jī)的滑臺(tái)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行中動(dòng)力大的特點(diǎn)。同時(shí)滑臺(tái)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(dòng)機(jī)制造廠進(jìn)行合作，并于1996年已開(kāi)始推廣一體化的直線電動(dòng)機(jī)滑臺(tái)系統(tǒng)產(chǎn)品。

  3.混合工作臺(tái)

  日本研制了一種新型的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副工作臺(tái)，它具有一套滑動(dòng)電磁塊裝置，可在定位加工時(shí)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(tái)(hybridtablesystem)。

  4.新材料制造的滾動(dòng)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(dòng)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(shù)脂，故耐腐蝕性提高。對(duì)于要求高溫和真空用途時(shí)，反向器可以采用不銹鋼材。此外，用陶瓷材料制造的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副將會(huì)得到開(kāi)發(fā)應(yīng)用。

  目前，在惡劣環(huán)境即高粉塵濃度、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和高腐蝕場(chǎng)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(diǎn)，以及豐富的類型和功能，可以預(yù)期，此機(jī)構(gòu)作為一個(gè)功能部件將越來(lái)越多地用在數(shù)控機(jī)床等機(jī)械設(shè)備上。