的特长 B
的特长 容许载荷大和高刚性 容许载荷大 因采用了与球径相接近的 R 沟槽形状, 与直线轴承等相比有很大的区别 如图 1 所示, 基本动 额定载荷的大小很接近的 与直线轴承相比, 外观尺寸上差异很大 因此, 使用 将能使装置的尺寸大幅度地减小 节省空间的理由是 R 沟槽接触构造与平面接触构造的容许载荷的极大不同 其理由是, 如表 1 所示,R 沟槽接触 (R 是球径的 52%) 的情况与平面接触的情况相比, 每 1 个钢球的容许载荷相差 13 倍 如果 1 个钢球的容许载荷增至 13 倍, 因为寿命与其 3 次方成比例, 则寿命之比大约是 2200 倍 图 1 与直线轴承的比较 表 1 单位钢球负荷容量 (P) 和 (P 1 ) 容许接触面压 4200MPa R 沟槽 (P) 平面 (P 1 ) P/P 1 3.175(1/8 ) 0.90 kn 0.07 kn 13 4.763(3/16 ) 2.03 kn 0.16 kn 13 6.350(1/4 ) 3.61 kn 0.28 kn 13 7.938(5/16 ) 5.64 kn 0.44 kn 13 11.906(15/32 ) 12.68 kn 0.98 kn 13 图 2 单位钢球的负荷容量 B
高刚性 能承受来自上下和左右方向的负荷 同时, 由于采用了圆弧沟槽的接触构造, 在必要时可施 加预压来提高刚性 与进给螺杆轴类或主轴的刚性相比较可知, 使用 时导向面具有非常高的刚性 进给螺杆轴类和主轴的静刚性比较例 ( 主轴电动机 7.5kW 的立式加工中心机 ) [ 构成部件 ] SVR45LC/C0 (C0 间隙 预压负荷 =11.11kN) 滚珠丝杠 BNFN4010-5/G0 (G0 间隙 预压负荷 =2.64kN) 主轴 一般切削用主轴 表 2 静刚性的比较 单位 N/ m 构成部件 X 轴方向 Y 轴方向 Z 轴方向 2400 9400( 径向 ) 7400( 反径向 ) 滚珠丝杠 330 主轴 250 250 280 注 ) 进给螺杆轴类的刚性中, 包括轴端支撑轴承的刚性 图 3 B
的特长 运动精度高 爬行运动小 μ μ μ μ 是理想的滚动导向装置, 因此动摩擦与静摩擦之间的差很小, 几乎不发生爬行运动 g 图 4 与滑动导轨爬行运动的比较 表 3 爬行运动的比较单位 m 测试方法 种类 (HSR45) 方滑板 + 贴塑导轨 间隙 根据 JIS B 6330 10mm/min 500mm/min 4000mm/min 根据最小设定单位进给的方法 C1 间隙 ( 参照下表 ) 2.3 5.3 3.9 0 C0 间隙 ( 参照下表 ) 3.6 4.4 3.1 1 0.02mm 10.7 15 14.1 14 0.005mm 8.7 13.1 12.1 13 的径向间隙 单位 m 标记 C1 C0 径向间隙 25~ 10 40~ 25 B
行走精度高 使用 可实现高行走精度 图 5 单轴工作台的运动精度 B
能长期维持高精度 是理想的滚动导向装置, 磨损非常小, 因此即使长时间使用其精度都不会发生变化 如图 6 所 示, 施加预压后使导轨承受负荷进行使用, 运行 2000km 以后, 预压的剩余率仍有 90% 以上 的特长 图 6 使用条件 [ 使用条件 ] 使用型号 HSR65LA3SSC0+2565LP- 径向间隙 C0( 预压负荷 15.7kN) 行程 1050mm 速度 15m/min( 在两端部停止 5 秒 ) 加减速度时间 300ms( 加速度 =0.833m/s 2 ) 质量 6000kg 驱动 滚珠丝杠 润滑 锂肥皂基润滑脂 2 号 ( 每 100km 给脂 ) 图 7 运行距离与预压剩余率 B
吸收安装面误差的精度平均化效果 装有高圆球度钢球, 采用无间隙拘束结构 而且, 通过将 LM 轨道以多轴方式组合来平行使用, 可形成多轴拘束的导轨结构 因此,具有通过误差平均化, 吸收直线度 平面度或平行度等的中心线不重合度的特性 在加工 安装机座过程中或者在安装 时可能会产生这些误差 根据中心线不重合度的长度或尺寸,上承受的预压量以及多轴拘束中的轴数目不同, 平均化效果的幅度各异 当如图 8 所示工作台上的 LM 轨道之一出现中心线不重合度时, 中心线不重合度的幅度和实际的工作台运动精度 ( 左右方向上的直线度 ) 如图 9 所示 通过应用平均化效果所获得的这种特性, 可以很容易地构成高运动精度的导向系统 图 8 图 9 B
的特长 即使在较为粗糙的铣床加工的安装面上, 通过安装, 也可大幅度地增加工作台顶面的行走精度 安装例 对安装面精度 (a) 和工作台行走精度 (b) 加以比 较, 其结果如下 μμ μμ 表 4 安装面精度实测值 单位 m 方向 安装面 直线度 平均 (a) 垂直 底 A 80 面 B 105 92.5 水平 侧 C 40 面 D 16 28 μ μ μ μ 图 10 基座的 安装面精度 ( 仅铣销面 ) 图 11 安装后的行走精度 表 5 工作台行走精度的实测值 ( 以图 10 和图 11 中的测量为基础 ) 单位 m 方向 测量点 1 2 3 4 5 6 7 8 直线度 (b) 垂直 0 +2 +8 +13 +15 +9 +5 0 15 水平 0 +1 +2 +3 +2 +2 1 0 4 B
维护保养简便 与滑动导向装置不一样,不会发生磨损 所以, 由于偏磨损所引起的滑动面的再调整作业, 或精度的再调整等作业就不需要 另外, 使用滑动导向装置时, 由于一直要在滑动面上形成油膜, 这就需要用大量的润滑油进行强制润滑 而使用 时, 只需要定期补给少量的润滑脂即可, 维护保养很简便, 同时还有利于工作环境的清洁 B
的特长 节能效果大 如表 6 所示,具有很大的节能效果 表 6 滑动和滚动特性的比较数据 机 械 规 格 机械类型 单轴平面磨床 ( 滑动导轨 ) 3 轴平面磨床 ( 滚动导轨 ) 全长 全宽 13m 3.2m 12.6m 2.6m 总质量 17000kg 16000kg 工作台质量 5000kg 5000kg 研磨面积 0.7m 5m 0.7m 5m 工作台导向部 使用 V-V 导向的滑动 使用 的滚动 砂轮轴数目 单轴 (5.5 kw) 3 轴 (5.5 kw + 3.7 kw 2) 研磨能力 3 倍 工 作 台 驱 动 条 件 比率 使用电动机 38.05kW 3.7kW 10.3 驱动油压 内孔径 160 1.2MPa 内孔径 65 0.7MPa 推力 23600N 2270N 10.4 电力消耗量 38kWH 3.7kWH 10.3 驱动油压油消耗量 400l/ 年 250l/ 年 1.6 润滑油消耗量 60 l/ 年 ( 油 ) 3.6 l/ 年 ( 油脂 ) 16.7 B
总成本低 与滑动导向装置相比, 能节省机械安装时的劳力 时间及不需要重复的调整作业等, 因此安装工时减少, 有利于机械与装置的低成本化 下面将举例说明, 在实际的加工中心机上, 将滑动导向装置换成 时, 安装程序之间的差异 即使必须进行研磨加工情况下使用时,即使用在铣床加工或刨床加工也能获得高精度 因而可减少加工工时数, 以及降低加工成本 [ 加工中心机的安装程序 ] 使用 的场合使用角导轨的场合 ( 滑动导轨 ) 同时, 在不需要行走精度时,可安装在未加工的钢板上使用 B
的特长 理想的 4 列圆弧沟槽两点接触构造 具有其它公司产品所不具备的自动调心能力 该特性是通过理想的 4 列圆弧槽两点接触构造来实现的 [与类似产品的特性比较 ] 4 列圆弧沟槽两点接触构造 其它产品 2 列哥德式沟槽 4 点接触构造 π π π π 图 12 图 13 如图 12 和图 13 所示, 当钢球旋转一周时, 钢球滑动的位移为内侧接触直径的圆周 ( d 1 ) 和外侧接触直径的圆周 ( d 2 ) 之差 ( 该滑动位移称为差动滑动量 ) 如果差值较大, 钢球在滑动的同时旋转, 摩擦系数会增大数十倍, 摩擦阻力将急剧增加 B
4 列圆弧沟槽两点接触构造 2 列哥德式沟槽 4 点接触构造 平滑的运动 由于钢球在负荷方向上是 2 点接触, 如 B 的图如第 B 和图 12 图 13 所示, 接触面上 d 1 和 d 2 之间的差 12 图 13 所示, 即使在有预压或承受负荷的情况下,d 1 和 d 2 值较大, 因此, 如果发生以下任何情况, 钢球会产生差动滑动之间的差值较小, 因此差动滑动量少, 从而实现平滑的滚量, 导致摩擦力接近于滑动阻力, 而且由于异常磨损, 从而导致动运动 使用寿命变短 (1) 施加预压时 ; (2) 施加横向负荷时 ; (3) 两根轴以上的安装平行度较差时 ; (4) 产生旋转现象时 在理想的两点接触构造中,4 列圆弧槽均拥有适当的接触角 在这种构造下, 由于钢球的弹性变形和接触点的移动, 因此安装面即使有少量变形也可以在 LM 滑块内被吸收, 从而实现自然而平滑的运动 这样, 对于搬送装置之类的安装场所, 就无需高刚性 高精度的坚固安装基座 在两点接触构造下, 即使施加相对较大的预压, 滚动阻力并不会异常增大, 可以获得较高的刚性 由于钢球滚动面的曲率半径为钢球直径的 51% 到 52%, 因此可以达到较大的额定载荷 安装面的精度 刚性 额定载荷 在哥德式沟槽产品中, 每一个钢球与沟槽的接触点有 4 个, 其本身无法实现弹性变形并且接触点无法移动 ( 即不具备自动调心能力 ) 因此, 就无法吸收安装面出现的轻微变形或者轨道台的精度误差, 无法实现平滑运动 相应地, 就必须对高刚性的安装基座进行高精度加工, 且须安装高精度的轨道 由于 4 点接触会产生差动滑动量, 因此无法承受足够的预压, 不能获得较高的刚性 由于哥德式沟槽的曲率半径为钢球直径的 55% 到 60%, 因此额定载荷比圆弧沟槽的额定载荷降低大约 50% 刚性的差别如图 14 所示, 根据曲率半径不同或者预压的差异, 刚性的变化非常显著 曲率半径与刚性 μ 图 14 工作寿命的差别由于哥德式沟槽的额定载荷比圆弧沟槽减少大约 50%, 因此工作寿命也降低至 87.5% μ B
[ 安装面的精度误差与滚动阻力的试验数据 ] 接触构造的差异以滚动阻力的形式表现出来 在哥德式沟槽接触构造中, 每一个钢球均四点接触, 如果为增加刚性而施加预压, 或者如果安装精度的误差较大, 则会产生差动滑动量或旋转现象 这会使滚动阻力急剧增加, 并导致在早期出现异常磨损 以下是通过比较 4 列圆弧沟槽两点接触构造的 与 2 列哥德式沟槽 4 点接触构造产品得出的试验数据 样本 使用条件 (1) SR30W( 自动调整型 ) HSR35A(4 方向等负荷型 ) (2) 2 列哥德式沟槽产品与 HSR30 尺寸相似的产品 数据 1 预压量与滚动阻力 2 套 2 套 2 套 径向间隙 0 m 无密封密封无润滑负荷 工作台质量 30kg 当施加预压时, 哥德式沟槽产品的滚动阻力会急剧增加, 并且产生差动滑动量 而对于, 即使在施加预压的情况下, 其滚动阻力也并没有异常增加 的特长 B
数据 2 两根轴之间的平行度误差与滚动阻力 如图 15 所示, 使平行安装的轨道其中一部分平行移动, 并测量该点的滚动阻力 当平行度误差为 0.03mm 时, 哥德式沟槽产品的滚动阻力是 34N, 而误差为 0.04mm 时, 滚动阻力是 62N 这与滑动摩擦系数处于同等水平, 表明钢球与沟道处于滑动接触状态 图 15 数据 3 上下高度的变化与滚动阻力 将一侧轨道的底面位置偏移距离 S, 使两根轴之间产生水平高度差, 然后测量滚动阻力 如果轨道在上下方向存在高度差, 则 LM 滑块上将受力矩作用, 对于哥德式沟槽产品会出现自旋现象 而圆弧沟槽的 LM 导轨即使上下方向的高度差达到 0.3/200mm 也能吸收误差, 所以滚动阻力不会变的很大 B
的特长 DF 结构具有出色的误差吸收能力 由于 具有与角接触球轴承正面组合同样的接触构造, 因此它具备出色的自动调心能力 正面组合角接触球轴承 (DF 型 ) 由于作业点间距离 l 较小, 因此能构成较大的容许倾斜角 ( 自动调心能力高 ) DF 型 4 列角度接触 ( ) 不容易受安装面误差影响的内部结构 背面组合角接触球轴承 (DB 型 ) 由于作用点间距离较大, 因此容许倾斜角较小 4 列哥德式接触 需要较高的安装面精度 安装在平面上的直线运动球导轨, 由于平面度或水平度的误差或者平台的偏斜, 会使力矩 (M) 起作用 因 此, 导轨具备自动调心能力是不可或缺的 HSR 型 其它公司的类似产品 由于轴承作用点的距离较小, 安装误差引起的内部负荷较小, 因此能轻快运动 由于轴承作用点的距离较大, 安装误差引起的内部负荷较大, 因此自动调心能力较小 对于拥有背面组合的直线运动球导轨, 如果出现平面度误差或平台的偏斜, 则滑块上承受的内部负荷约为正面组合构造的 6 倍, 并且工作寿命变得极短 而且, 滑动阻力的波动更大 B