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详细内容

直線導軌的性能應用及特點

隨著現代制造技術的不斷發展,使得傳統的制造業發生了巨大的變化,數控技術、機電一體化和工業機器人在生產中得到了更加廣泛的應用。同時機械傳動機構的定位精度、導向精度和進給速度在不斷提高,使傳統的導向機構發生了重大變化。自1973年開始商品化以來,滾動直線導軌副以其獨有的特性,逐漸取代了傳統的滑動直線導軌,在工業生產中得到了廣泛的應用。適應了現今機械對于高精度、高速度、節約能源以及縮短產品開發周期的要求,已被廣泛應用在各種重型組合加工機床、數控機床、高精度電火花切割機、磨床、工業用機器人乃至一般產業用的機械中。

滾動直線導軌副的性能特點

1.定位精度高

滾動直線導軌的運動借助鋼球滾動實現,導軌副摩擦阻力小,動靜摩擦阻力差值小,低速時不易產生爬行。重復定位精度高,適合作頻繁啟動或換向的運動部件?蓪C床定位精度設定到超微米級。同時根據需要,適當增加預載荷,確保鋼球不發生滑動,實現平穩運動,減小了運動的沖擊和振動。

2.磨損小

對于滑動導軌面的流體潤滑,由于油膜的浮動,產生的運動精度誤差是無法避免的。在絕大多數情況下,流體潤滑只限于邊界區域,由金屬接觸而產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減少,故能使滾動直線導軌系統長期處于高精度狀態。同時,由于使用潤滑油也很少,這使得在機床的潤滑系統設計及使用維護方面都變的非常容易。

3.適應高速運動且大幅降低驅動功率

采用滾動直線導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小型化,使驅動扭矩大大減少,使機床所需電力降低80%,節能效果明顯?蓪崿F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性。在設計制造中加以適當的預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象。而滑動導軌在平行接觸面方向可承受的側向負荷較小,易造成機床運行精度不良。

5.組裝容易并具互換性

傳統的滑動導軌必須對導軌面進行刮研,既費事又費時,且一旦機床精度不良,必須再刮研一次。滾動導軌具有互換性,只要更換滑塊或導軌或整個滾動導軌副,機床即可重新獲得高精度。

如前所述,由于滾珠在導軌與滑塊之間的相對運動為滾動,可減少摩擦損失。通常滾動摩擦系數為滑動摩擦系數的2%左右,因此采用滾動導軌的傳動機構遠優越于傳統滑動導軌。

滾動直線導軌副的選用方法

滾動直線導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、工作臺導軌和立柱上、下升降導軌上使用。我們在選用時可以根據負荷大小,受載荷方向、沖擊和振動大小等情況來選擇。

1.受力方向

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

2.負荷大小

滾動直線導軌不同規格有著不同的承載能力,可根據承受負荷大小選擇。為使每副滾動直線導軌均有比較理想的使用壽命,可根據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,以便確定合理的驅動力。

3.預加負載的選擇

根據設計結構的沖擊、振動情況以及精度要求,選擇合適的預壓值。

滾動直線導軌副的現狀

目前,國外生產滾動直線導軌副的廠商主要集中在美國、英國、德國及日本等國家。國內在滾動直線導軌副的制造方面還處于初始階段,與國外相比,仍有差距,主要表現為:品種少、產量小、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企業,正在努力縮小這種差距,他們的部分產品已經具有國際先進水平。

直線滾動導軌副的發展趨勢

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

1.用滾珠保持的滾動直線導軌副

臺灣CSK直線導軌公司采用滾珠保持架與滾珠構成一體,保持滾珠平穩的進行循環運動,消除了滾珠間的相互摩擦,開發了噪聲低、免維修、壽命長、速度可達300m/min的超高速直線運動的SSR導軌副,并已開始推廣。該導軌副實現了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軌副將逐漸成為高檔數控機床選用的主流。

2.直線電動機和直線導軌并用

采用一體化直線電動機的滑臺系統具有結構緊湊、運行中動力大的特點。同時滑臺系統的定位精度也有所提高。SKF直線系統有限公司與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產品。

3.混合工作臺

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

4.新材料制造的滾動直線導軌副

由于用戶要求的多樣化及使用環境的不同,出現了用新材料制造的滾動直線導軌副。例如,采用不銹鋼制作的產品,其導軌軸、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軌副將會得到開發應用。

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


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