數控機床采用矩形滑動導軌(硬軌)還是直線導軌(線軌)

2019-12-12 09:24:36

機床采用矩形滑動導軌還是直線導軌?不管怎樣,機床制造業中多數人贊同用途是決定性因素。 現在,涉足機床領域的人都了解矩形滑動與直線導軌之間的區别。現實情況是,每當提到矩形滑動導軌,人們會聯想到大型機床-那種剛性良好,用一把刀緩慢地在大尺寸工件上作深切削的機床;另一方面,直線導軌暗示的是高速、負載較輕的機床。但不論對那種導軌來說,考慮的着眼點是相同的,那就是速度、剛性和負載。

從傳統的矩形滑動導軌和滾子鏈、到直線導軌與液體靜壓導軌。決定采用哪種系統往往是一大難題。“根據經驗,研究指定用途,工程師們會提出這樣一些問題,如機床将承受的是何種負載,要求的阻尼值是多少, 以及要求的移動速度是多少之類。”一台特定機床甚至可能需要多種導軌也許更有利,如果對速度更加關注,則可以考慮直線導軌。認爲導軌系統無所謂對錯,隻要它與用途相适應就好。” 

按該看法,如果機床發生沖撞,直線導軌可能更容易受到損壞。這時在導軌系統滾珠或滾子内能發生表面下的破碎,最終使導軌無法使 用。而滑動導軌有助于減少此類損壞,因爲它們接觸面積大。短形滑動導軌一旦損壞,其修複 難度也大。 與矩形滑動導軌爲達到精密匹配需磨削頂闆與底面要求相比,直線導軌裝配時需做的表面準備工作較少。 

“直線導軌不是一種萬能解決方案,但對速度而言它是一個不錯的方案,機床制造者都圍繞着移動速度來推動,不過,較大型機床可能要求更堅固的系統。” 另一方面,結實的摩擦支承系統,象矩形滑動導軌,可能存在爬行問題,這會影響園弧插補。爲 了加工一個圓,機床的坐标軸沿某一方向移動, 緩慢降速,再沿相反方向進給。在這種方向改變過程中有一速度零點。

短形滑動導軌系統會産生靜、動摩擦系數之間的差别。在用鋼球檢棒測試中這表現爲“突然停頓”,或加工精度的降低。“滾動接觸支承,對大多數零件都能消除這種現象。”他提到每次滑動接觸支承矩形滑動導軌移動時,就會有靡磨損。随着時間的推移,機床性能發生變化,精度開始降低。采用滾動接觸支承(直線導軌),磨損明顯減小。

事實上,滾動接觸支承制造商能精确決定一個支承能特續多長時間不出現明顯磨損。 直線系統的導軌,與矩形滑動導軌及其滑動件的較大面積比較,相對較小。


“最小的接觸面積,極大地降低了摩擦,從而使響應更迅速,快移速度更高。” 速度 當然,速度是影響導軌選擇的一個關鍵因素。這也就是一些制造商之所以緻力于完善矩形滑動導軌和直線系統兩者速度的原因。 例如,50号錐孔的矩形滑動導軌的機床,包括FA630卧式加工中心,速度象某些直線導軌機床一樣快,使用RULON,一種具有爬行可能性最小的更緻密的材料來代替TURCITE,作爲矩形滑動導軌的配合面。

爲進一步降低表面阻力,使用一種粘度更高的導軌潤滑油,構成3UM厚的油膜,隻是以前用的油膜 厚度的一半。這種由脈沖計量并有壓力存在的潤滑油膜運行到導軌全長,而且隻在快速送進運動時才供油。加速到最大的移動速度幾乎是立刻完成的,實際上不存在爬行,而且引起變形的熱量會很快消散。 借助薄油膜和RULON的組合,FA630的快移速度達到30M/MIN;其矩形滑動導軌提供的全長定位精度爲+-0.003MM,在所有軸行程上的重複定位精度均爲+-0.002MM。


采取了另一條途徑,它使用了可現場更換的在淬硬磨削的鋼導軌上運行的循環流滾子支承,獲得了比短形滑動導軌更好的性能。這些導軌較寬且分開較遠,以便在X軸全部行程上支承滑座與立柱,同時提供比正常矩形滑動導軌更高的移動速度。一個例子是卧式加工中心,快速移動達到 25M/MIN。 但即使做了諸如此類的改進,矩形滑動導軌仍存在局限性。例如,制造了一台快速移動達到75M/MIN的機床.技術認爲因受相關熱源的影響,采用矩形滑動導軌是無法達到這種速度的。 

當然,直線導軌,如同矩形滑動導軌一樣,也能移動得比它們通常的速度更快。例如,THK美國公司,使用滾珠保持器,就可勉強獲得高于SHS LM導軌系統的速度。THK的JOHNWILSON報告說,根據負載,速度最高可達約5M/S。他解釋說,在循環 式直線導軌的滑架内,滾珠沿着滾道移向滑道,然後到達曲線回珠區。這種内通道引導鋼珠到達另一曲線回珠區并返回到滾道。在THK系統内,各個滾珠都置于彈性材料的滾珠保持器或分離器内。保持器使滾珠保持均勻分布狀态通過承載區,回珠區和曲線區。這種安排避免了滾珠相互間的接觸,減小了磨擦,并提供了潤滑油槽。所有這些都有助于提高系統的速度。

按照同樣的方法,機床配有整體式滑架體,并帶有直接向裏注塑成形的塑性循環通道。這就減小了零件的數量和滾珠循環中的變換次數,從而使滾珠移動平穩以達到高精度和高速度.此系統安裝在梯形的導軌上,這種形狀在剛性方面優化了滑架橫截面。

“采用滾珠支承直線導軌,加速與減速都很快。多數機床都有較高的快移速度,但在短距離移動時,走過的距離不足以達到預期速度。”具有低爬行性能的直線導軌能使機床在短距離内迅速提高速度。“然而,不隻是導軌,其它機床要素,象工作台質量,工件重量,伺服裝置尺寸和響應能力,都對機床速度有影響。 鋼性與負載 在直線導軌機床剛出現時,采用現有的負前角硬質合金刀具會産生強烈的固有振動,它不能很好地與未成熟的設計互爲補充。

”現在,改進了刀具和精細導軌的組合有助于生産出不僅花費較少,速度高于前者,而且剛性更好。當今的刀具切削都帶有剪切或剝離的作用, 所以不會有強烈沖撞發生。再加直線導軌做得又低又寬,并且爲了穩定選擇了最佳布局。” HAAS自動設備公司認爲,直線導軌在其鋼性方面曾受到不公正的批評。他說:“今天機械加工的99%,切削功率不到29.4KW。如果一個車間要進行這種類型切削,那矩形滑動導軌可能顯現出優勢,但根據我公司在機床上的實踐經驗,對特别重型的切削,直線導軌能做得跟矩形滑,動導軌一樣好。

THK對與直線導軌塊有聯系的剛性問題,提出了有意義的解決辦法:在軌道上 有一段圓弧,它以接近匹配的半徑容納滾珠.代替一個滾珠在平直軌道表面上單點接觸, 使多個滾珠表面與軌道接觸,形成直列接觸。該公司做法的不同之處是使支撐面對面排列,所以不管加在這個導軌塊上的負載來自哪個方向,總是有2個接觸點。

在一個滑架内4排滾珠之中,在任何給定時間隻有兩排接觸軌道,保證有負載時另兩排不被卡住。承 載的兩排有輕微變形,從而填充了更多的滾道空間。這有助于阻尼振動。 THK增加剛性的另一方法,是在系統内使用更多的滑架塊-代替 有4個導軌塊的兩條軌道,系統可以用6個導軌塊和兩條導軌運行。但,更常見的增加剛性的做法是調整滑架内滾珠直徑的尺寸,即所謂的預負載的方法。 爲了預負載,支撐制造商磨削滑架和軌道以在兩者之間建立一個特殊的尺寸的空間。裝入此空間内的滾珠或滾柱的尺寸将決定預負載的量值。使用大于此空間的滾珠或滾柱将使滾動體受到“預擠壓”或“預負載”,使它們少些彈性,多些剛性以頂住切削時産生的力。

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