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直線導軌的性能應用及特點

隨著現代制(zhi)造技(ji)(ji)術的不斷(duan)發展,使(shi)得傳統的制(zhi)造業(ye)發生(sheng)(sheng)了(le)(le)(le)巨大的變化(hua),數控(kong)技(ji)(ji)術、機(ji)電一體(ti)(ti)化(hua)和工業(ye)機(ji)器人在(zai)生(sheng)(sheng)產中得到了(le)(le)(le)更加廣泛的應用。同時機(ji)械傳動機(ji)構的定位(wei)精(jing)度(du)、導(dao)(dao)向(xiang)(xiang)精(jing)度(du)和進給速度(du)在(zai)不斷(duan)提高,使(shi)傳統的導(dao)(dao)向(xiang)(xiang)機(ji)構發生(sheng)(sheng)了(le)(le)(le)重大變化(hua)。自1973年開始商品化以來,滾動(dong)直(zhi)線導(dao)軌(gui)副以其(qi)獨有的特性,逐(zhu)漸(jian)取代(dai)了傳統的滑動直線導軌,在工業生產(chan)中得到了廣泛(fan)的應(ying)用。適(shi)應(ying)了現今機(ji)械對于高精度、高速度、節約能源(yuan)以及縮短產(chan)品開發周期的要(yao)求(qiu),已被(bei)廣泛(fan)應(ying)用在各種重型組(zu)合加工機(ji)床、數控機(ji)床、高精度電火花切割機(ji)、磨床、工業用機(ji)器人乃(nai)至一般產(chan)業用的機(ji)械中。

滾動直線導軌副的性能特點

1.定位精度(du)高(gao)

滾(gun)動直線導(dao)軌的(de)運(yun)(yun)動(dong)借助鋼球(qiu)(qiu)滾動(dong)實現,導軌副(fu)摩擦阻(zu)力(li)(li)小(xiao),動(dong)靜摩擦阻(zu)力(li)(li)差(cha)值小(xiao),低(di)速時不易產生爬行。重(zhong)復定位精(jing)(jing)度高(gao),適(shi)合作頻繁啟動(dong)或(huo)換向的(de)運(yun)(yun)動(dong)部件。可將機床定位精(jing)(jing)度設定到(dao)超微米(mi)級。同時根據需要,適(shi)當增加預載荷,確保鋼球(qiu)(qiu)不發生滑(hua)動(dong),實現平穩運(yun)(yun)動(dong),減小(xiao)了運(yun)(yun)動(dong)的(de)沖擊和振動(dong)。

2.磨損小(xiao)

對于滑動(dong)(dong)導(dao)軌(gui)面的(de)(de)(de)流體(ti)潤(run)滑,由(you)于油膜的(de)(de)(de)浮動(dong)(dong),產(chan)生的(de)(de)(de)運動(dong)(dong)精度誤差是(shi)無法避(bi)免的(de)(de)(de)。在絕大多(duo)數情況(kuang)下(xia),流體(ti)潤(run)滑只限(xian)于邊界區域,由(you)金(jin)屬接(jie)觸(chu)而產(chan)生的(de)(de)(de)直接(jie)摩(mo)(mo)擦(ca)(ca)是(shi)無法避(bi)免的(de)(de)(de),在這種(zhong)摩(mo)(mo)擦(ca)(ca)中,大量的(de)(de)(de)能(neng)量以(yi)摩(mo)(mo)擦(ca)(ca)損耗被浪(lang)費掉(diao)了。與之相反,滾動(dong)(dong)接(jie)觸(chu)由(you)于摩(mo)(mo)擦(ca)(ca)耗能(neng)小,滾動(dong)(dong)面的(de)(de)(de)摩(mo)(mo)擦(ca)(ca)損耗也相應減少(shao),故能(neng)使(shi)滾動(dong)(dong)直線導(dao)軌(gui)系(xi)統長期處于高精度狀態。同時,由(you)于使(shi)用潤(run)滑油也很少(shao),這使(shi)得在機床的(de)(de)(de)潤(run)滑系(xi)統設計及使(shi)用維護方面都變的(de)(de)(de)非常容易。

3.適應(ying)高速運動且大幅降低驅(qu)動功率(lv)

采用(yong)滾動(dong)直線導軌的機(ji)(ji)床由于(yu)摩(mo)擦阻(zu)力小,可(ke)使(shi)所需的動(dong)力源(yuan)及動(dong)力傳(chuan)遞(di)機(ji)(ji)構(gou)小型化,使(shi)驅動(dong)扭(niu)矩大大減少,使(shi)機(ji)(ji)床所需電力降(jiang)低80%,節能效(xiao)(xiao)果明(ming)顯。可實現(xian)機(ji)床的高(gao)(gao)速運動,提高(gao)(gao)機(ji)床的工(gong)作效(xiao)(xiao)率(lv)20~30%

4.承(cheng)載能(neng)力(li)強

滾動直(zhi)線導軌副具有較好的承(cheng)載(zai)性(xing)能(neng),可以承(cheng)受(shou)不同(tong)方向的力(li)和力(li)矩載(zai)荷(he),如承(cheng)受(shou)上(shang)下左(zuo)右(you)方向的力(li),以及(ji)顛簸力(li)(li)矩、搖動(dong)力(li)(li)矩和擺動(dong)力(li)(li)矩。因此,具有很好的載荷適應性(xing)。在設計制造中(zhong)加(jia)以適當的預加(jia)載荷可(ke)以增加(jia)阻尼,以提高抗振性(xing),同時可(ke)以消除高頻(pin)振動(dong)現象。而滑動(dong)導軌(gui)在平行接觸面(mian)方(fang)向(xiang)可(ke)承(cheng)受(shou)的側(ce)向(xiang)負荷較小,易(yi)造成機床運行精度不(bu)良(liang)。

5.組(zu)裝容易(yi)并具互換性(xing)

傳統的滑(hua)動導(dao)(dao)軌必(bi)(bi)須對(dui)導(dao)(dao)軌面進行刮研,既(ji)費事(shi)又費時,且一旦機床(chuang)精度不良,必(bi)(bi)須再刮研一次。滾(gun)動導(dao)(dao)軌具有互換性,只要更換滑(hua)塊(kuai)或導(dao)(dao)軌或整個滾(gun)動導(dao)(dao)軌副,機床(chuang)即(ji)可重新獲得高精度。

如前所述,由于滾珠在(zai)導(dao)軌與滑(hua)塊之間的(de)相對(dui)運(yun)動(dong)(dong)為滾動(dong)(dong),可(ke)減少摩擦損失。通常滾動(dong)(dong)摩擦系(xi)數為滑(hua)動(dong)(dong)摩擦系(xi)數的(de)2%左(zuo)右(you),因此采用滾動(dong)導(dao)軌的傳動(dong)機構遠優越于傳統滑動(dong)導(dao)軌。

滾動直線導軌副的選用方法

滾(gun)動(dong)直線(xian)導軌(gui)副具(ju)有(you)承(cheng)載能力大、接觸剛性(xing)高、可靠(kao)性(xing)高等特點,主要(yao)在機床的床身、工作臺導軌(gui)和(he)立柱上、下升(sheng)降導軌(gui)上使用(yong)。我(wo)們在選(xuan)用(yong)時可以根(gen)據負荷大小,受載荷方向、沖(chong)擊和(he)振(zhen)動(dong)大小等情(qing)況來選(xuan)擇。

1.受(shou)力(li)方(fang)向

由(you)于滾動(dong)直線(xian)導(dao)軌副(fu)的滑塊(kuai)與導(dao)軌上(shang)通常有4列圓(yuan)弧滾(gun)道(dao),因此能承受4個方向的負(fu)荷(he)和翻轉力(li)(li)矩。導軌(gui)承受能力(li)(li)隨滾道中心距增(zeng)大(da)而加大(da)。

2.負荷大小

滾動直(zhi)線導軌不(bu)同規格有(you)著不(bu)同的承(cheng)(cheng)載(zai)能(neng)力(li),可根據承(cheng)(cheng)受(shou)負荷大小(xiao)選擇(ze)。為使每(mei)副滾動直(zhi)線導軌均(jun)有(you)比較理想的使用壽(shou)(shou)命,可根據所選廠家提供的近(jin)似公式計算額(e)定(ding)(ding)壽(shou)(shou)命和(he)額(e)定(ding)(ding)小(xiao)時壽(shou)(shou)命,以便(bian)給定(ding)(ding)合(he)理的維修和(he)更換周(zhou)期。還要考慮(lv)滑塊承(cheng)(cheng)受(shou)載(zai)荷后,每(mei)個滑塊滾動阻力(li)的影響,進行(xing)滾動阻力(li)的計算,以便(bian)確定(ding)(ding)合(he)理的驅動力(li)。

3.預加負載(zai)的選擇

根據設計結構的(de)沖擊(ji)、振動情況以及精度要求,選(xuan)擇合適的(de)預壓值。

滾動(dong)直線導軌副的現狀

目前,國(guo)外生產(chan)滾動直線導軌副(fu)的(de)廠商主(zhu)要(yao)集中在(zai)美國(guo)、英國(guo)、德國(guo)及日本(ben)等國(guo)家(jia)。國(guo)內在(zai)滾動直線導軌副(fu)的(de)制造(zao)方(fang)面(mian)還處于初始(shi)階段,與國(guo)外相(xiang)比,仍有(you)差距,主(zhu)要(yao)表(biao)現為:品種(zhong)少、產(chan)量小、使用壽(shou)命低,噪音大,加工工藝(yi)(yi)也(ye)不如國(guo)外先進。以南京工藝(yi)(yi)裝備(bei)制造(zao)廠、廣(guang)東凱特精(jing)密機(ji)械有(you)限公(gong)司為代(dai)表(biao)的(de)國(guo)內企(qi)業,正(zheng)在(zai)努力縮小這種(zhong)差距,他們(men)的(de)部分產(chan)品已經(jing)具有(you)國(guo)際先進水平。

直線(xian)滾(gun)動導軌副的發展趨勢(shi)

滾動直線導(dao)軌副的新類型、新功(gong)能(neng)目(mu)前在不斷涌現,并正(zheng)在向(xiang)組(zu)合化、集成化、高速、低噪音、智能(neng)化方向(xiang)發(fa)展。

1.用滾珠(zhu)保持的滾動直(zhi)線導軌副

臺(tai)灣CSK直線(xian)導(dao)軌(gui)公司采用滾(gun)珠(zhu)(zhu)保(bao)持架與滾(gun)珠(zhu)(zhu)構(gou)成一體,保(bao)持滾(gun)珠(zhu)(zhu)平穩(wen)的進(jin)行循環運(yun)動,消(xiao)除了滾(gun)珠(zhu)(zhu)間(jian)的相互摩擦(ca),開發了噪聲低、免維(wei)修、壽命長、速度可達300m/min的超(chao)高速(su)直(zhi)線運動的SSR導軌(gui)(gui)副,并已開始推(tui)廣。該導軌(gui)(gui)副實現了(le)100m/min運動(dong)速度(du)下噪聲小于50dB,摩擦波動幅度(du)減(jian)少到(dao)以往(wang)產品(pin)的1/5。另外,通過了一(yi)次(ci)加(jia)油(you)脂2cm3,運行(xing)2800km的試驗。今后帶滾珠保持架的直線運動(dong)導軌副將(jiang)逐漸(jian)成(cheng)為高檔數控機床選用的主(zhu)流。

2.直線電(dian)動機和(he)直線導軌并用

采(cai)用一體化直線電動機的滑(hua)臺系統具(ju)有結構緊湊(cou)、運行中動力(li)大的特(te)點。同時滑(hua)臺系統的定位精度也有所提高。SKF直(zhi)線系統(tong)有限公司與Pratec直線電(dian)動機制造廠進(jin)行合作,并于1996年已開始(shi)推廣一體化的直線電動(dong)機滑臺(tai)系統產品。

3.混合工作臺

日本研制了(le)一種新型的滾動直(zhi)線(xian)導(dao)軌副(fu)工(gong)作(zuo)臺(tai),它具有一套滑動電(dian)磁塊(kuai)裝置,可在定位(wei)加工(gong)時(shi)吸到導(dao)軌上以增(zeng)加摩(mo)擦力,從(cong)而提高了(le)系統的抗振性能,所以它又稱為混合工(gong)作(zuo)臺(tai)(hybridtablesystem)

4.新材料制造(zao)的滾動(dong)直(zhi)線導軌副(fu)

由于用戶(hu)要求(qiu)的(de)多樣化及使用環境的(de)不(bu)同(tong),出現了用新材(cai)(cai)料制(zhi)造的(de)滾(gun)動直線(xian)導軌(gui)副。例如,采(cai)用不(bu)銹(xiu)鋼(gang)制(zhi)作的(de)產品(pin),其導軌(gui)軸(zhou)、滑塊、鋼(gang)球、密封端和保持器(qi)(qi)均(jun)采(cai)用不(bu)銹(xiu)鋼(gang)材(cai)(cai)料制(zhi)作,而反(fan)向器(qi)(qi)采(cai)用合成樹脂,故耐(nai)腐蝕性提高。對于要求(qiu)高溫(wen)和真空(kong)用途時,反(fan)向器(qi)(qi)可(ke)以采(cai)用不(bu)銹(xiu)鋼(gang)材(cai)(cai)。此外,用陶瓷材(cai)(cai)料制(zhi)造的(de)滾(gun)動直線(xian)導軌(gui)副將會得到(dao)開發(fa)應用。

目前(qian),在惡劣環境即高(gao)粉塵濃度、強(qiang)(qiang)酸、強(qiang)(qiang)堿和高(gao)腐蝕(shi)場合(he)使用直(zhi)線(xian)(xian)導(dao)軌(gui)(gui)還有(you)一定(ding)的(de)局限性。但隨(sui)著直(zhi)線(xian)(xian)導(dao)軌(gui)(gui)技術的(de)日益(yi)完善,以(yi)及(ji)直(zhi)線(xian)(xian)導(dao)軌(gui)(gui)具有(you)高(gao)速性與控(kong)制性等諸(zhu)多突出的(de)優(you)點,以(yi)及(ji)豐富的(de)類型和功(gong)能(neng),可(ke)以(yi)預期,此機構(gou)作為(wei)一個功(gong)能(neng)部(bu)件將越來(lai)越多地用在數控(kong)機床等機械設備上。


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