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矩形滑动导轨与直线导轨的比较

上海梓倾轴承有限公司 工程师解答机床采用矩形滑动导轨还是直线导轨-有人说这是新老学派之争,或者严格讲这是用户喜好问题。不管怎样,机床和支承件造业中多数人赞同用途是决定性因素。

现在,涉足机床领域的人都了解矩形滑动与直线导轨之间的区别。现实情况是,每当提到矩形滑动导轨,人们会联想到大型机床-那种刚性良好,用一把刀缓慢地在大尺寸工件上作深切削的机床;另一方面,直线导轨暗示的是高速、负载较轻的机床。但不论对那种导轨来说,考虑的着眼点是相同的,那就是速度、刚性和负载。

美国GIDDINGS & LEWS公司用过各种导轨系统-从传统的矩形滑动导轨和滚子链、到直线导轨与液体静压导轨。决定采用哪种系统往往是一大难题,对G & L公司的专家们来说也是如此。

生产经理KEN CAMPSHURE说:“根据经验,研究指定用途,工程师们会提出这样一些问题,如机床将承受的是何种负载,要求的阻尼值是多少, 以及要求的移动速度是多少之类。”一台特定机床甚至可能需要多种导轨也许更有利,如果对速度更加关注,则可以考虑直线导轨。G & L认为导轨系统无所谓对错,只要它与用途相适应就好。”

按该公司的看法,如果机床发生冲撞,直线导轨可能更容易受到损坏。这时在导轨系统滚珠或滚子内能发生表面下的破碎,最终使导轨无法使 用。而滑动导轨有助于减少此类损坏,因为它们接触面积大。短形滑动导轨一旦损坏,其修复 难度也大。

与矩形滑动导轨为达到精密匹配需磨削顶板与底面要求相比,直线导轨装配时需做的表面准备工作较少。

另一方面,结实的摩擦支承系统,象矩形滑动导轨,可能存在爬行问题,这会影响园弧插补。为 了加工一个圆,机床的坐标轴沿某一方向移动, 缓慢降速,再沿相反方向进给。在这种方向改变过程中有一速度零点。

THOMSON工业公司的SCOTT SCHULER认为,短形滑动导轨系统会产生静、动摩擦系数之间的差别。在用钢球检棒测试中这表现为“突然停顿”,或加工精度的降低。SCHULER补充 说:“滚动接触支承,对大多数零件都能消除这种现象。”他提到每次滑动接触支承矩形滑动导轨移动时,就会有靡磨损。随着时间的推移,机床性能发生变化,精度开始降低。采用滚动接触支承(直线导轨),磨损明显减小。事实上,滚动接触支承制造商能精确决定一个支承能特续多长时间不出现明显磨损。

直线系统的导轨,与矩形滑动导轨及其滑动件的较大面积比较,相对较小。MORI SEIKI公司的JOHNMEDONALD解释说,“最小的接触面积,极大地降低了摩擦,从而使响应更迅速,快移速度更高。”

速度

当然,速度是影响导轨选择的一个关键因素。这也就是一些制造商之所以致力于完善矩形滑动导轨和直线系统两者速度的原因。

例如,TOYODA公司的50号锥孔的矩形滑动导轨的机床,包括FA630卧式加工中心,速度象某些直线导轨机床一样快,TOYODA公司现在使用RULON,一种具有爬行可能性最小的更致密的材料来代替TURCITE,作为矩形滑动导轨的配合面。

为进一步降低表面阻力,TOYODA使用一种粘度更高的导轨润滑油,构成3 U M厚的油膜,只是以前用的油膜 厚度的一半。这种由脉冲计量并有压力存在的润滑油膜运行到导轨全长,而且只在快速送进运动时才供油。加速到最大的移动速度几乎是立刻完成的,实际上不存在爬行,而且引起变形的热量会很快消散。

借助薄油膜和RULON的组合,FA630的快移速度达到30M/MIN;其矩形滑动导轨提供的全长定位精度为+-0.003MM,在所有轴行程上的重复定位精度均为+-0.002MM。

G & L公司采取了另一条途径,它使用了可现场更换的在淬硬磨削的钢导轨上运行的循环流滚子支承,获得了比短形滑动导轨更好的性能。这些导轨较宽且分开较远,以便在X轴全部行程上支承滑座与立柱,同时提供比正常矩形滑动导轨更高的移动速度。一个例子是ORION卧式加工中心,快速移动达到 25M/MIN。

但即使做了诸如此类的改进,矩形滑动导轨仍存在局限性。例如,G & L公司制造了一台快速移动达到75M/MIN的机床.公司技术副总载RAAB认为因受相关热源的影响,采用矩形滑动导轨是无法达到这种速度的。

当然,直线导轨,如同矩形滑动导轨一样,也能移动得比它们通常的速度更快。例如,伊利诺州SCHAUMBURG的THK美国公司,使用滚珠保持器,就可勉强获得高于SHS LM导轨系统的速度。THK的JOHNWILSON报告说,根据负载,速度最高可达约5M/S。他解释说,在循环 式直线导轨的滑架内,滚珠沿着滚道移向滑道,然后到达曲线回珠区。这种内通道引导钢珠到达另一曲线回珠区并返回到滚道。在THK系统内,各个滚珠都置于弹性材料的滚珠保持器或分离器内。保持器使滚珠保持均匀分布状态通过承载区,回珠区和曲线区。这种安排避免了滚珠相互间的接触,减小了磨擦,并提供了润滑油槽。所有这些都有助于提高系统的速度。

按照同样的方法,马萨诸塞州BEDFORD的SCHNEEBERGER的MONORAIL BM机床配有整体式滑架体,并带有直接向里注塑成形的塑性循环通道。这就减小了零件的数量和滚珠循环中的变换次数,从而使滚珠移动平稳以达到高精度和高速度.此系统安装在梯形的导轨上,这种形状在刚性方面优化了滑架横截面。

ENSHU(远州)美国公司的PETER NAGEL评论说,“采用滚珠支承直线导轨,加速与减速都很快。多数机床都有较高的快移速度,但在短距离移动时,走过的距离不足以达到预期速度。”具有低爬行性能的直线导轨能使机床在短距离内迅速提高速度。“然而,不只是导轨,其它机床要素,象工作台质量,工件重量,伺服装置尺寸和响应能力,都对机床速度有影响。