矩形滑動導(dǎo)軌與直線導(dǎo)軌的比較

    床采用矩形滑動導(dǎo)軌還是直線導(dǎo)軌-有人說這是新老學(xué)派之爭,或者嚴(yán)格講這是用戶喜好問題。不管怎樣，機(jī)床和支承件造業(yè)中多數(shù)人贊同用途是決定性因素。
現(xiàn)在，涉足機(jī)床領(lǐng)域的人都了解矩形滑動與直線導(dǎo)軌之間的區(qū)別�，F(xiàn)實(shí)情況是，每當(dāng)提到矩形滑動導(dǎo)軌，人們會聯(lián)想到大型機(jī)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(jī)床；另一方面，直線導(dǎo)軌暗示的是高速、負(fù)載較輕的機(jī)床。但不論對那種導(dǎo)軌來說，考慮的著眼點(diǎn)是相同的，那就是速度、剛性和負(fù)載。
美國GIDDINGS & LEWS公司用過各種導(dǎo)軌系統(tǒng)-從傳統(tǒng)的矩形滑動導(dǎo)軌和滾子鏈、到直線導(dǎo)軌與液體靜壓導(dǎo)軌。決定采 用哪種系統(tǒng)往往是一大難題，對G & L公司的專家們來說也是如此。
生產(chǎn)經(jīng)理KEN CAMPSHURE說：“根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，研究指定用途，工程師們會提出這樣一些問題,如機(jī)床將承受的是何種負(fù)載,要求的阻尼值是多少, 以及要求的移動速度是多少之類�！币慌_特定機(jī)床甚至可能需要多種導(dǎo)軌也許更有利，如果對速度更加關(guān)注，則可以考慮直線導(dǎo)軌。G & L認(rèn)為導(dǎo)軌系統(tǒng)無所謂對錯,{TodayHot}只要它與用途相適應(yīng)就好�！�
按該公司的看法，如果機(jī)床發(fā)生沖撞，直線導(dǎo)軌可能更容易受到損壞。這時在導(dǎo)軌系統(tǒng)滾珠或滾子內(nèi)能發(fā)生表面下的破碎，最終使導(dǎo)軌無法使 用。而滑動導(dǎo)軌有助于減少此類損壞，因?yàn)樗鼈兘佑|面積大。短形滑動導(dǎo)軌一旦損壞，其修復(fù) 難度也大。
與矩形滑動導(dǎo)軌為達(dá)到精密匹配需磨削頂板與底面要求相比，直線導(dǎo)軌裝配時需做的表面準(zhǔn)備工作較少。
CAMPSHURE 認(rèn)為：“直線導(dǎo)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(jī)床制造者都圍繞著移動速度來推動，不過，較大型機(jī)床可能要求更堅(jiān)固的系統(tǒng)。”
另一方面，結(jié)實(shí)的摩擦支承系統(tǒng)，象矩形滑動導(dǎo)軌,可能存在爬行問題,這會影響園弧插補(bǔ)。為 了加工一個圓，機(jī)床的坐標(biāo)軸沿某一方向移動, 緩慢降速,再沿相反方向進(jìn)給。在這種方向改變過程中有一速度零點(diǎn)。
THOMSON工業(yè)公司的SCOTT SCHULER認(rèn)為，短形滑動導(dǎo)軌系統(tǒng)會產(chǎn)生靜、動摩擦系數(shù)之間的差別。在用鋼球檢棒測試中這表現(xiàn)為“突然停頓”，或加工精度的降低。SCHULER補(bǔ)充 說：“滾動接觸支承，對大多數(shù)零件都能消除這種現(xiàn)象�！彼�提到每次滑動接觸支承矩形滑動導(dǎo)軌移動時，就會有靡磨損。隨著時間的推移，機(jī)床性能發(fā)生變化，精度開始降低。采用滾動接觸支承（直線導(dǎo)軌），磨損明顯減小。事實(shí)上，滾動接觸支承制造商能精確決定一個支承能特續(xù)多長時間不出現(xiàn)明顯磨損。
直線系統(tǒng)的導(dǎo)軌，與矩形滑動導(dǎo)軌及其滑動件的較大面積比較，相對較小。MORI SEIKI公司的JOHNMEDONALD解釋說，“最小的接觸面積，極大地降低了摩擦，從而使響應(yīng)更迅速，快移速度更高�！�

速度

當(dāng)然，速度是影響導(dǎo)軌選擇的一個關(guān)鍵因素。這也就是一些制造商之所以致力于完善矩形滑動導(dǎo)軌和直線系統(tǒng)兩者速度的原因。
例如，TOYODA公司的50號錐孔的矩形滑動導(dǎo)軌的機(jī)床，包括FA630臥式加工中心，速度象某些直線導(dǎo)軌機(jī)床一樣快，TOYODA公司現(xiàn)在使用RULON，一種具有爬行可能性最小的更致密的材料來代替TURCITE，作為矩形滑動導(dǎo)軌的配合面。
為進(jìn)一步降低表面阻力，TOYODA使用一種粘度更高的導(dǎo)軌潤滑油，構(gòu)成3 U M厚的油膜，只是以前用的油膜 厚度的一半。這種由脈沖計(jì)量并有壓力存在的潤滑油膜運(yùn)行到導(dǎo)軌全長，而且只在快速送進(jìn)運(yùn)動時才供油。加速到最大的移動速度幾乎是立刻完成的，實(shí)際上不存在爬行，而且引起變形的熱量會很快{HotTag}消散。
借助薄油膜和RULON的組合，F(xiàn)A630的快移速度達(dá)到30M/MIN;其矩形滑動導(dǎo)軌提供的全長定位精度為＋－0.003MM,在所有軸行程上的重復(fù)定位精度均為＋－0.002MM。
G & L公司采取了另一條途徑,它使用了可現(xiàn)場更換的在淬硬磨削的鋼導(dǎo)軌上運(yùn)行的循環(huán)流滾子支承,獲得了比短形滑動導(dǎo)軌更好的性能。這些導(dǎo)軌較寬且分開較遠(yuǎn)，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(dǎo)軌更高的移動速度。一個例子是ORION臥式加工中心，快速移動達(dá)到 25M/MIN。
但即使做了諸如此類的改進(jìn)，矩形滑動導(dǎo)軌仍存在局限性。例如，G & L公司制造了一臺快速移動達(dá)到75M/MIN的機(jī)床.公司技術(shù)副總載RAAB認(rèn)為因受相關(guān)熱源的影響,采用矩形滑動導(dǎo)軌是無法達(dá)到這種速度的。
當(dāng)然，直線導(dǎo)軌，如同矩形滑動導(dǎo)軌一樣，也能移動得比它們通常的速度更快。例如，伊利諾州SCHAUMBURG的THK美國公司，使用滾珠保持器，就可勉強(qiáng)獲得高于SHS LM導(dǎo)軌系統(tǒng)的速度。THK的JOHNWILSON報(bào)告說，根據(jù)負(fù)載，速度最高可達(dá)約5M/S。他解釋說，在循環(huán) 式直線導(dǎo)軌的滑架內(nèi)，滾珠沿著滾道移向滑道，然后到達(dá)曲線回珠區(qū)。這種內(nèi)通道引導(dǎo)鋼珠到達(dá)另一曲線回珠區(qū)并返回到滾道。在THK系統(tǒng)內(nèi)，（圖3），各個滾珠都置于彈性材料的滾珠保持器或分離器內(nèi)。保持器使?jié)L珠保持均勻分布狀態(tài)通過承載區(qū)，回珠區(qū)和曲線區(qū)。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(tǒng)的速度。
按照同樣的方法，馬薩諸塞州B E D F O R D的SCHNEEBERGER的MONORAIL BM機(jī)床（圖4）配有整體式滑架體，并帶有直接向里注塑成形的塑性循環(huán)通道。這就減小了零件的數(shù)量和滾珠循環(huán)中的變換次數(shù),從而使?jié)L珠移動平穩(wěn)以達(dá)到高精度和高速度.此系統(tǒng)安裝在梯形的導(dǎo)軌上,這種形狀在剛性方面優(yōu)化了滑架橫截面。
ENSHU（遠(yuǎn)州）美國公司的PETER NAGEL評論說，“采用滾珠支承直線導(dǎo)軌，加速與減速都很快。多數(shù)機(jī)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(dá)到預(yù)期速度。”具有低爬行性能的直線導(dǎo)軌能使機(jī)床在短距離內(nèi)迅速提高速度。“然而，不只是導(dǎo)軌，其它機(jī)床要素，象工作臺質(zhì)量，工件重量，伺服裝置尺寸和響應(yīng)能力，都對機(jī)床速度有影響。

鋼性與負(fù)載
在直線導(dǎo)軌機(jī)床剛出現(xiàn)時，采用現(xiàn)有的負(fù)前角硬質(zhì)合金刀具會產(chǎn)生強(qiáng)烈的固有振動，它不能很好地與未成熟的設(shè)計(jì)互為補(bǔ)充。NAGEL認(rèn)為，這曾是一個不幸，但新機(jī)床的成本低于矩形滑動導(dǎo)軌機(jī)床，所以這也不全是不幸。
NAGEL補(bǔ)充解釋，”現(xiàn)在，改進(jìn)了刀具和精細(xì)導(dǎo)軌的組合有助于生產(chǎn)出不僅花費(fèi)較少，速度高于前者，而且剛性更好。當(dāng)今的刀具切削都帶有剪切或剝離的作用, 所以不會有強(qiáng)烈沖撞發(fā)生。再加直線導(dǎo)軌做得又低又寬，并且為了穩(wěn)定選擇了最佳布局�！�
HAAS自動設(shè)備公司總裁GENG HAAS認(rèn)為，直線導(dǎo)軌在其鋼性方面曾受到不公正的批評。他說：“今天機(jī)械加工的99％，切削功率不到29.4KW。如果一個車間要進(jìn)行這種類型切削，那矩形滑動導(dǎo)軌可能顯現(xiàn)出優(yōu)勢，但根據(jù)我公司在機(jī)床上的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對特別重型的切削，直線導(dǎo)軌能做得跟矩形滑，動導(dǎo)軌一樣好�！�
THK對與直線導(dǎo)軌塊有聯(lián)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(diǎn)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(dǎo)軌塊上的負(fù)載來自哪個方向，總是有2個接觸點(diǎn)。
在一個滑架內(nèi)4排滾珠之中，在任何給定時間只有兩排接觸軌道，保證有負(fù)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的Wilson說，增加剛性的另一方法，是在系統(tǒng)內(nèi)使用更多的滑架塊－代替 有4個導(dǎo)軌塊的兩條軌道，系統(tǒng)可以用6個導(dǎo)軌塊和兩條導(dǎo)軌運(yùn)行。但，更常見的增加剛性的做法是調(diào)整滑架內(nèi)滾珠直徑的尺寸，即所謂的預(yù)負(fù)載的方法。
為了預(yù)負(fù)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。裝入此空間內(nèi)的滾珠或滾柱的尺寸將決定預(yù)負(fù)載的量值。使用大于此空間的滾珠或滾柱將使?jié)L動體受到“預(yù)擠壓”或“預(yù)負(fù)載”，使它們少些彈性，多些剛性以頂住切削時產(chǎn)生的力。