HIWIN直線導軌的應用技術
關鍵詞：直線導軌，數(shù)控加工中心，定位精度，預壓力，摩擦阻力，潤滑
一，概述
直線導軌是1932年法國專利局公布的一項專利。經過幾十年的發(fā)展，直線導軌已經日趨成為國際通用的一種支承及傳動裝置，越來越多被數(shù)控機床，數(shù)控加工中心，精密電子機械，自動化設備所采用，在工業(yè)生產中得到廣泛的應用。
直線導軌副一般由導軌、滑塊、反向器、滾動體和保持器等組成，它是一種新型的作相對往復直線運動的滾動支承，能以滑塊和導軌間的鋼球滾動來代替直接的滑動接觸，并且滾動體可以借助反向器在滾道和滑塊內實現(xiàn)無限循環(huán)，具有結構簡單、動靜摩擦系數(shù)小、定位精度高、精度保持性好等優(yōu)點。
直線導軌又稱精密滾動直線導軌副、滑軌、線性導軌、線性滑軌、滾動導軌，用于需要精確控制工作臺行走平行度的直線往復運動場合，擁有比直線軸承更高的額定負載，同時可以承擔一定的扭矩，可在高負載的情況下實現(xiàn)高精度的直線運動。
直線滾動導軌的作用是用來支撐和引導運動部件，依靠導軌兩側兩列或四列滾珠循環(huán)滾動帶動工作臺按給定的方向平穩(wěn)移動做往復直線運動。
依按摩擦性質而定，直線運動導軌可以分為滑動摩擦導軌、滾動摩擦導軌、彈性摩擦導軌、流體摩擦導軌等種類。
二, 直線導軌的特點
1、定位精度高，容易獲得高度的行走精度
直線滾動導軌可使摩擦系數(shù)減小到滑動導軌的1/50。由于動摩擦與靜摩擦系數(shù)相差很小，運動靈活，可使驅動扭矩減少90%，因此，可將機床定位精度設定到超微米級?；瑝K與導軌間的末制單元設計，使得線形導軌可同時承受上下左右等各方向的負荷，專利的回流系統(tǒng)及精簡化的結構設計讓HIWIN的線性導軌有更平順且低噪音的運動，特別是球聯(lián)結器靜音技術synchmo-tion線性滑軌。
2、總成本低，降低機床造價并大幅度節(jié)約電力，節(jié)省能源效果大
采用直線滾動導軌的機床由于摩擦阻力小，特別適用于反復進行起動、停止的往復運動，可使所需的動力源及動力傳遞機構小型化，減輕了重量，使機床所需電力降低90%，具有大幅度節(jié)能的效果。
3、可實現(xiàn)無間隙輕快地高速運動
直線滾動導軌由于摩擦阻力小，因此發(fā)熱少，可實現(xiàn)機床的高速運動，提高機床的工作效率20～30%。
4、可長期維持機床的高精度
對于滑動導軌面的流體潤滑，由于油膜的浮動，產生的運動精度的誤差是無法避免的。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?。疂L動面的摩擦損耗也相應減少，故能使直線滾動導軌系統(tǒng)長期處于高精度狀態(tài)。同時，由于使用潤滑油也很少，大多數(shù)情況下只需脂潤滑就足夠了，這使得在機床的潤滑系統(tǒng)設計及使用維護方面都變得非常容易了。
5、所有方向都具有高剛性
滾動直線導軌的滑塊與導軌間為微間隙或負間隙，因此可以極大提高導軌的整體剛性和運動精度。
6、容許負荷大
滑塊和導軌緊密配合成一整體，剛性大，四方向等負荷，因此具有較大的負荷承載能力。
7、維護保養(yǎng)簡便
HIWIN創(chuàng)新設計的E2自潤模塊產品結合可拆換式的概念，使得直線導軌可延長其維護周期。E2自潤模組具有節(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，透明油箱設計可隨時檢視油量，并可選用相應的潤滑油?？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自潤模組不但可以增進使用者維護上的便利性，而且其模組化的設計更可以讓客戶直接購買E2自潤模組套件安裝到滑塊上，即可達到潤滑零件的功能。
8、機械設計高效率化
因滾動直線導軌里的鋼珠產生彈性變形而吸收安裝面誤差從而可以降低導軌安裝基礎面的平整度要求，降低機械加工成本。
線性導軌具有將安裝導軌的基礎加工及組裝時產生的垂直度、平面度、平行度等校直誤差平均化后進行吸收的特點。因此采用直線導軌可以大大提高機械設計的效率。
三, 直線導軌的合理選用
1, 常用結構
按照滾珠在導軌和滑塊之間的接觸牙型對直線導軌副進行分類，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（垂直于回轉軸線的直線與滾珠中心和溝槽接觸點連線的夾角）在傳動中易變動，產生間隙與側向力變動，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。一般而言直線導軌的常用結構以這兩種類型為主。兩者主要區(qū)別如下表所示。
2、主要性能指標
通常，直線導軌副的選用必須根據(jù)使用條件、負載能力和預期壽命選用。但由于直線導軌的壽命分散性較大，為了便于選用直線導軌副，必須先清楚以下幾個重要概念。
額定壽命：所謂額定壽命是指一批相同的產品，在相同的條件及額定負荷下，有90%未曾發(fā)生表面剝離現(xiàn)象而達到的運行距離。直線導軌副使用鋼珠作為滾動體的額定壽命，在基本動額定負荷下為50km。
基本動額定負荷（C）: 所謂基本動額定負荷是指一批相同規(guī)格的直線導軌副，在負荷方向和大小均等的狀態(tài)下，經過運行50km后，90%的直線導軌其滾道表面不產生疲勞損壞（剝離或點蝕）時的最高負荷?；眷o額定負荷(Co): 所謂基本靜額定負荷是指在負荷方向和大小均等的狀態(tài)下，在受到最大應力的接觸面處，鋼珠與滾道表面的總永久變形量恰為鋼珠直徑萬分之一時的靜負荷。
由于在機械加工方面的精度要求愈來愈高，使得對加工機械上的重要零組件直線導軌的精度等級劃分也越來越細。精度等級：一般直線導軌副的精度分為普通級、高級、精密級、超精密級和超高精密級五種。主要檢測指標一般有三個，一是滑塊C面對滑軌A面的平行度，二是滑塊D面對滑軌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軌固定在基準座平面上，使滑塊沿行程行走時，導軌與滑塊基準面之間的平行度誤差。
不同的精度等級對應滑軌的行走平行度誤差如下面的圖三所示。
預壓力：所謂預壓力是預先給予鋼珠負荷力，利用鋼珠與珠道之間負向間隙給予預壓，這樣能夠提高直線導軌的剛性和消除間隙。按照預壓力的大小可以分為不同的預壓等級。如臺灣上銀公司（HIWIN）提供六種標準預壓，預壓力從有間隙到0.13C不等。C值為動額定負荷。詳細的預壓力數(shù)值和應用范圍如表一所示。
3、直線導軌副的選用
通常，直線導軌副的選用必須根據(jù)使用條件、負載能力、和預期壽命選用。所謂使用條件主要是指應用何種設備、精度要求、剛性要求、負荷方式、行程、運行速度、使用頻率、使用環(huán)境等因素。根據(jù)條件選擇對應的合適產品系列。各個直線導軌的生產廠家都對其產品進行了合適的系列劃分。臺灣HIWIN公司的直線導軌主要分為HG系列、LG系列、AG系列、MG系列等。具體的選用過程可以參考下面的順序.
在選用的過程中可以根據(jù)計算結果隨時返回到前面的步驟進行重新選擇和設定。計算滑塊最大負荷時要確認選用的直線導軌靜安全系數(shù)應該超過推薦表中所列值（見表二）。如果所選用的直線導軌副剛性不足，可以提高預壓力，加大選用尺寸或增加滑塊數(shù)來提高剛性。
· 注意：
· 1>、無安裝臺階時，將導軌一端固定后，按下圖所示方法將表針靠在導軌的基準側面，以直線塊規(guī)為基準，自導軌的一端開始讀取指針值校準直線度，并依次將導軌固定.
·
·
· (2)、接長導軌副的區(qū)分：
當使用接長導軌時，我們采用同一套導軌副編同一英文大寫字母，連續(xù)阿拉伯數(shù)字表示連接順序，對接端頭由同一阿拉伯數(shù)字相連，如圖所示：
· (3)、緊固螺栓時，建議采用恒扭矩扳手并按下表推薦扭矩值進行：單位:N·m
|
螺釘公稱尺寸
|
M4
|
M5
|
M6
|
M8
|
M10
|
M12
|
M16
|
|
扭矩值
|
2.6～4.0
|
5.1～8.5
|
8.7～14
|
21.6～30.5
|
42.2～67.5
|
73.5～118
|
178～295
|
· (螺釘緊固后，其上部沉孔要求防塵及密封，HIWIN的直線導軌在出產時已配備了相應規(guī)格的綠色孔塞)
六，直線導軌的潤滑和防塵
1，導軌潤滑劑的作用
a. 導軌潤滑劑的作用之一是使導軌盡量接近液體摩擦狀態(tài)下工作，以減小摩擦阻力，降低驅動功率，提高效率。
b. 減少導軌磨損，防止導軌腐蝕。流動的潤滑油還起到沖洗作用。
c. 避免低速重載下發(fā)生爬行現(xiàn)象，并減少振動。
d. 降低高速時摩擦熱，減少熱變形。
2，機床導軌潤滑油的選擇
根據(jù)經驗及數(shù)據(jù)，選用機床導軌潤滑油時主要考慮下列因素。
a. 既作液壓介質又作導軌油的潤滑油 根據(jù)不同類型的機床導軌的需要，可選同時用作液壓介質的導軌潤滑油，既要滿足導軌的要求，又是滿足液壓系統(tǒng)的要求。例如對于像坐標鏜床之類的機床，導軌油的粘度（50℃）應選擇得高些（40～90ｍｍ2／ｓ），但像各類磨床，常常將導軌潤滑油由液壓系統(tǒng)供給，而液壓系統(tǒng)的要求較高，必須滿足，此時導軌－液壓潤滑油的粘度（50℃）應選得低些（20～40ｍｍ2／ｓ），即液壓系統(tǒng)所需的粘度。
b. 按滑動速度和平均壓力來選擇粘度。
c. 根據(jù)國內外機床導軌潤滑實際應用來選擇，在選擇使用導軌潤滑劑時，還可參考國內外現(xiàn)有機動床導軌潤滑實際應用的例子來選用。
3，導軌的防護裝置是用來防止切削、灰塵等贓物落到導軌表面，以免使導軌擦傷、生銹和過早的磨損。為此，在運動導軌端部安裝刮板；采用各種式樣的防護罩，使導軌不外露等辦法。
七，結束語
HIWIN直線導軌，在機床行業(yè)可謂家喻戶曉。在國內幾大機床及產業(yè)機械制造廠所生產的機床和設備中，都使用了HIWIN直線導軌。HIWIN直線導軌是目前市場上最具代表性的產品，了解HIWIN直線導軌，可以看出當前直線導軌的發(fā)展趨勢。
HIWIN上銀科技通過對國際機床市場的發(fā)展趨勢，針對不同應用領域的機床特點，開發(fā)研制了幾種直線導軌新品。推動機床產業(yè)的高速化、高精度化、環(huán)保省能源化發(fā)展。