HIWIN直線導(dǎo)軌的應(yīng)用技術(shù)
關(guān)鍵詞：直線導(dǎo)軌，數(shù)控加工中心，定位精度，預(yù)壓力，摩擦阻力，潤(rùn)滑
一，概述
直線導(dǎo)軌是1932年法國(guó)專利局公布的一項(xiàng)專利。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，直線導(dǎo)軌已經(jīng)日趨成為國(guó)際通用的一種支承及傳動(dòng)裝置，越來(lái)越多被數(shù)控機(jī)床，數(shù)控加工中心，精密電子機(jī)械，自動(dòng)化設(shè)備所采用，在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。
直線導(dǎo)軌副一般由導(dǎo)軌、滑塊、反向器、滾動(dòng)體和保持器等組成，它是一種新型的作相對(duì)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的滾動(dòng)支承，能以滑塊和導(dǎo)軌間的鋼球滾動(dòng)來(lái)代替直接的滑動(dòng)接觸，并且滾動(dòng)體可以借助反向器在滾道和滑塊內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)限循環(huán)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)靜摩擦系數(shù)小、定位精度高、精度保持性好等優(yōu)點(diǎn)。
直線導(dǎo)軌又稱精密滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副、滑軌、線性導(dǎo)軌、線性滑軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌，用于需要精確控制工作臺(tái)行走平行度的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合，擁有比直線軸承更高的額定負(fù)載，同時(shí)可以承擔(dān)一定的扭矩，可在高負(fù)載的情況下實(shí)現(xiàn)高精度的直線運(yùn)動(dòng)。
直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的作用是用來(lái)支撐和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件，依靠導(dǎo)軌兩側(cè)兩列或四列滾珠循環(huán)滾動(dòng)帶動(dòng)工作臺(tái)按給定的方向平穩(wěn)移動(dòng)做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。
依按摩擦性質(zhì)而定，直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌可以分為滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌、滾動(dòng)摩擦導(dǎo)軌、彈性摩擦導(dǎo)軌、流體摩擦導(dǎo)軌等種類(lèi)。
二, 直線導(dǎo)軌的特點(diǎn)
1、定位精度高，容易獲得高度的行走精度
直線滾動(dòng)導(dǎo)軌可使摩擦系數(shù)減小到滑動(dòng)導(dǎo)軌的1/50。由于動(dòng)摩擦與靜摩擦系數(shù)相差很小，運(yùn)動(dòng)靈活，可使驅(qū)動(dòng)扭矩減少90%，因此，可將機(jī)床定位精度設(shè)定到超微米級(jí)?；瑝K與導(dǎo)軌間的末制單元設(shè)計(jì)，使得線形導(dǎo)軌可同時(shí)承受上下左右等各方向的負(fù)荷，專利的回流系統(tǒng)及精簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)讓HIWIN的線性導(dǎo)軌有更平順且低噪音的運(yùn)動(dòng)，特別是球聯(lián)結(jié)器靜音技術(shù)synchmo-tion線性滑軌。
2、總成本低，降低機(jī)床造價(jià)并大幅度節(jié)約電力，節(jié)省能源效果大
采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的機(jī)床由于摩擦阻力小，特別適用于反復(fù)進(jìn)行起動(dòng)、停止的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可使所需的動(dòng)力源及動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)小型化，減輕了重量，使機(jī)床所需電力降低90%，具有大幅度節(jié)能的效果。
3、可實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙輕快地高速運(yùn)動(dòng)
直線滾動(dòng)導(dǎo)軌由于摩擦阻力小，因此發(fā)熱少，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、可長(zhǎng)期維持機(jī)床的高精度
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)精度的誤差是無(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，故能使直線滾動(dòng)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，大多數(shù)情況下只需脂潤(rùn)滑就足夠了，這使得在機(jī)床的潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)及使用維護(hù)方面都變得非常容易了。
5、所有方向都具有高剛性
滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的滑塊與導(dǎo)軌間為微間隙或負(fù)間隙，因此可以極大提高導(dǎo)軌的整體剛性和運(yùn)動(dòng)精度。
6、容許負(fù)荷大
滑塊和導(dǎo)軌緊密配合成一整體，剛性大，四方向等負(fù)荷，因此具有較大的負(fù)荷承載能力。
7、維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)便
HIWIN創(chuàng)新設(shè)計(jì)的E2自潤(rùn)模塊產(chǎn)品結(jié)合可拆換式的概念，使得直線導(dǎo)軌可延長(zhǎng)其維護(hù)周期。E2自潤(rùn)模組具有節(jié)省成本、清潔環(huán)保的特色，安裝靈活、拆裝方便且易于維護(hù)，透明油箱設(shè)計(jì)可隨時(shí)檢視油量，并可選用相應(yīng)的潤(rùn)滑油?？稍谔厥猸h(huán)境如粉塵、惡劣天氣和用水環(huán)境下使用。HIWIN E2自潤(rùn)模組不但可以增進(jìn)使用者維護(hù)上的便利性，而且其模組化的設(shè)計(jì)更可以讓客戶直接購(gòu)買(mǎi)E2自潤(rùn)模組套件安裝到滑塊上，即可達(dá)到潤(rùn)滑零件的功能。
8、機(jī)械設(shè)計(jì)高效率化
因滾動(dòng)直線導(dǎo)軌里的鋼珠產(chǎn)生彈性變形而吸收安裝面誤差從而可以降低導(dǎo)軌安裝基礎(chǔ)面的平整度要求，降低機(jī)械加工成本。
線性導(dǎo)軌具有將安裝導(dǎo)軌的基礎(chǔ)加工及組裝時(shí)產(chǎn)生的垂直度、平面度、平行度等校直誤差平均化后進(jìn)行吸收的特點(diǎn)。因此采用直線導(dǎo)軌可以大大提高機(jī)械設(shè)計(jì)的效率。
三, 直線導(dǎo)軌的合理選用
1, 常用結(jié)構(gòu)
按照滾珠在導(dǎo)軌和滑塊之間的接觸牙型對(duì)直線導(dǎo)軌副進(jìn)行分類(lèi)，主要有歌德式（Gothic Type）牙型和圓弧式牙型（如圖一所示）。
歌德式也稱作兩列式，圓弧式也稱作四列式。由于圓弧式牙型其接觸角（垂直于回轉(zhuǎn)軸線的直線與滾珠中心和溝槽接觸點(diǎn)連線的夾角）在傳動(dòng)中易變動(dòng)，產(chǎn)生間隙與側(cè)向力變動(dòng)，安裝容易。而歌德式牙型其接觸角能保持不變，剛性也比較穩(wěn)定。一般而言直線導(dǎo)軌的常用結(jié)構(gòu)以這兩種類(lèi)型為主。兩者主要區(qū)別如下表所示。
2、主要性能指標(biāo)
通常，直線導(dǎo)軌副的選用必須根據(jù)使用條件、負(fù)載能力和預(yù)期壽命選用。但由于直線導(dǎo)軌的壽命分散性較大，為了便于選用直線導(dǎo)軌副，必須先清楚以下幾個(gè)重要概念。
額定壽命：所謂額定壽命是指一批相同的產(chǎn)品，在相同的條件及額定負(fù)荷下，有90%未曾發(fā)生表面剝離現(xiàn)象而達(dá)到的運(yùn)行距離。直線導(dǎo)軌副使用鋼珠作為滾動(dòng)體的額定壽命，在基本動(dòng)額定負(fù)荷下為50km。
基本動(dòng)額定負(fù)荷（C）: 所謂基本動(dòng)額定負(fù)荷是指一批相同規(guī)格的直線導(dǎo)軌副，在負(fù)荷方向和大小均等的狀態(tài)下，經(jīng)過(guò)運(yùn)行50km后，90%的直線導(dǎo)軌其滾道表面不產(chǎn)生疲勞損壞（剝離或點(diǎn)蝕）時(shí)的最高負(fù)荷?；眷o額定負(fù)荷(Co): 所謂基本靜額定負(fù)荷是指在負(fù)荷方向和大小均等的狀態(tài)下，在受到最大應(yīng)力的接觸面處，鋼珠與滾道表面的總永久變形量恰為鋼珠直徑萬(wàn)分之一時(shí)的靜負(fù)荷。
由于在機(jī)械加工方面的精度要求愈來(lái)愈高，使得對(duì)加工機(jī)械上的重要零組件直線導(dǎo)軌的精度等級(jí)劃分也越來(lái)越細(xì)。精度等級(jí)：一般直線導(dǎo)軌副的精度分為普通級(jí)、高級(jí)、精密級(jí)、超精密級(jí)和超高精密級(jí)五種。主要檢測(cè)指標(biāo)一般有三個(gè)，一是滑塊C面對(duì)滑軌A面的平行度，二是滑塊D面對(duì)滑軌B面的平行度（如圖二所示），三是行走平行度，所謂行走平行度是指將直線導(dǎo)軌固定在基準(zhǔn)座平面上，使滑塊沿行程行走時(shí)，導(dǎo)軌與滑塊基準(zhǔn)面之間的平行度誤差。
不同的精度等級(jí)對(duì)應(yīng)滑軌的行走平行度誤差如下面的圖三所示。
預(yù)壓力：所謂預(yù)壓力是預(yù)先給予鋼珠負(fù)荷力，利用鋼珠與珠道之間負(fù)向間隙給予預(yù)壓，這樣能夠提高直線導(dǎo)軌的剛性和消除間隙。按照預(yù)壓力的大小可以分為不同的預(yù)壓等級(jí)。如臺(tái)灣上銀公司（HIWIN）提供六種標(biāo)準(zhǔn)預(yù)壓，預(yù)壓力從有間隙到0.13C不等。C值為動(dòng)額定負(fù)荷。詳細(xì)的預(yù)壓力數(shù)值和應(yīng)用范圍如表一所示。
3、直線導(dǎo)軌副的選用
通常，直線導(dǎo)軌副的選用必須根據(jù)使用條件、負(fù)載能力、和預(yù)期壽命選用。所謂使用條件主要是指應(yīng)用何種設(shè)備、精度要求、剛性要求、負(fù)荷方式、行程、運(yùn)行速度、使用頻率、使用環(huán)境等因素。根據(jù)條件選擇對(duì)應(yīng)的合適產(chǎn)品系列。各個(gè)直線導(dǎo)軌的生產(chǎn)廠家都對(duì)其產(chǎn)品進(jìn)行了合適的系列劃分。臺(tái)灣HIWIN公司的直線導(dǎo)軌主要分為HG系列、LG系列、AG系列、MG系列等。具體的選用過(guò)程可以參考下面的順序.
在選用的過(guò)程中可以根據(jù)計(jì)算結(jié)果隨時(shí)返回到前面的步驟進(jìn)行重新選擇和設(shè)定。計(jì)算滑塊最大負(fù)荷時(shí)要確認(rèn)選用的直線導(dǎo)軌靜安全系數(shù)應(yīng)該超過(guò)推薦表中所列值（見(jiàn)表二）。如果所選用的直線導(dǎo)軌副剛性不足，可以提高預(yù)壓力，加大選用尺寸或增加滑塊數(shù)來(lái)提高剛性。
· 注意：
· 1>、無(wú)安裝臺(tái)階時(shí)，將導(dǎo)軌一端固定后，按下圖所示方法將表針靠在導(dǎo)軌的基準(zhǔn)側(cè)面，以直線塊規(guī)為基準(zhǔn)，自導(dǎo)軌的一端開(kāi)始讀取指針值校準(zhǔn)直線度，并依次將導(dǎo)軌固定.
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· (2)、接長(zhǎng)導(dǎo)軌副的區(qū)分：
當(dāng)使用接長(zhǎng)導(dǎo)軌時(shí)，我們采用同一套導(dǎo)軌副編同一英文大寫(xiě)字母，連續(xù)阿拉伯?dāng)?shù)字表示連接順序，對(duì)接端頭由同一阿拉伯?dāng)?shù)字相連，如圖所示：
· (3)、緊固螺栓時(shí)，建議采用恒扭矩扳手并按下表推薦扭矩值進(jìn)行：?jiǎn)挝?N·m
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螺釘公稱尺寸
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M4
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M5
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M6
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M8
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M10
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M12
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M16
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扭矩值
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2.6～4.0
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5.1～8.5
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8.7～14
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21.6～30.5
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42.2～67.5
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73.5～118
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178～295
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· (螺釘緊固后，其上部沉孔要求防塵及密封，HIWIN的直線導(dǎo)軌在出產(chǎn)時(shí)已配備了相應(yīng)規(guī)格的綠色孔塞)
六，直線導(dǎo)軌的潤(rùn)滑和防塵
1，導(dǎo)軌潤(rùn)滑劑的作用
a. 導(dǎo)軌潤(rùn)滑劑的作用之一是使導(dǎo)軌盡量接近液體摩擦狀態(tài)下工作，以減小摩擦阻力，降低驅(qū)動(dòng)功率，提高效率。
b. 減少導(dǎo)軌磨損，防止導(dǎo)軌腐蝕。流動(dòng)的潤(rùn)滑油還起到?jīng)_洗作用。
c. 避免低速重載下發(fā)生爬行現(xiàn)象，并減少振動(dòng)。
d. 降低高速時(shí)摩擦熱，減少熱變形。
2，機(jī)床導(dǎo)軌潤(rùn)滑油的選擇
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及數(shù)據(jù)，選用機(jī)床導(dǎo)軌潤(rùn)滑油時(shí)主要考慮下列因素。
a. 既作液壓介質(zhì)又作導(dǎo)軌油的潤(rùn)滑油 根據(jù)不同類(lèi)型的機(jī)床導(dǎo)軌的需要，可選同時(shí)用作液壓介質(zhì)的導(dǎo)軌潤(rùn)滑油，既要滿足導(dǎo)軌的要求，又是滿足液壓系統(tǒng)的要求。例如對(duì)于像坐標(biāo)鏜床之類(lèi)的機(jī)床，導(dǎo)軌油的粘度（50℃）應(yīng)選擇得高些（40～90ｍｍ2／ｓ），但像各類(lèi)磨床，常常將導(dǎo)軌潤(rùn)滑油由液壓系統(tǒng)供給，而液壓系統(tǒng)的要求較高，必須滿足，此時(shí)導(dǎo)軌－液壓潤(rùn)滑油的粘度（50℃）應(yīng)選得低些（20～40ｍｍ2／ｓ），即液壓系統(tǒng)所需的粘度。
b. 按滑動(dòng)速度和平均壓力來(lái)選擇粘度。
c. 根據(jù)國(guó)內(nèi)外機(jī)床導(dǎo)軌潤(rùn)滑實(shí)際應(yīng)用來(lái)選擇，在選擇使用導(dǎo)軌潤(rùn)滑劑時(shí)，還可參考國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有機(jī)動(dòng)床導(dǎo)軌潤(rùn)滑實(shí)際應(yīng)用的例子來(lái)選用。
3，導(dǎo)軌的防護(hù)裝置是用來(lái)防止切削、灰塵等贓物落到導(dǎo)軌表面，以免使導(dǎo)軌擦傷、生銹和過(guò)早的磨損。為此，在運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌端部安裝刮板；采用各種式樣的防護(hù)罩，使導(dǎo)軌不外露等辦法。
七，結(jié)束語(yǔ)
HIWIN直線導(dǎo)軌，在機(jī)床行業(yè)可謂家喻戶曉。在國(guó)內(nèi)幾大機(jī)床及產(chǎn)業(yè)機(jī)械制造廠所生產(chǎn)的機(jī)床和設(shè)備中，都使用了HIWIN直線導(dǎo)軌。HIWIN直線導(dǎo)軌是目前市場(chǎng)上最具代表性的產(chǎn)品，了解HIWIN直線導(dǎo)軌，可以看出當(dāng)前直線導(dǎo)軌的發(fā)展趨勢(shì)。
HIWIN上銀科技通過(guò)對(duì)國(guó)際機(jī)床市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，針對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域的機(jī)床特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)研制了幾種直線導(dǎo)軌新品。推動(dòng)機(jī)床產(chǎn)業(yè)的高速化、高精度化、環(huán)保省能源化發(fā)展。