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新型滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的多樣化
1. 高速、高加減速滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的開發(fā)
近年來數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、電子機(jī)械裝置等各種機(jī)械的進(jìn)給速度的高速化發(fā)展很快，已經(jīng)提高了2～3倍，而這些機(jī)械中使用的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的高速要求更高。滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副實(shí)現(xiàn)高速、高加減速的基本要求：①滾動(dòng)體之間不接觸；②潤(rùn)滑性能提高，并有長(zhǎng)期維持特性；③整列滾動(dòng)體光滑運(yùn)動(dòng)；④沖擊力小的循環(huán)機(jī)構(gòu)。
基于以上要求，日本THK公司開發(fā)了SSR導(dǎo)軌副，它采用了以下技術(shù)：
（1）導(dǎo)軌副中采用了滾動(dòng)體保持器，使?jié)L動(dòng)體均勻地排列，平穩(wěn)地進(jìn)行循環(huán)運(yùn)動(dòng)。這使得SSR導(dǎo)軌副具有噪聲低、免維修、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，并且可進(jìn)行300m/min的超高速直線運(yùn)動(dòng)。該導(dǎo)軌副實(shí)現(xiàn)了100m/min運(yùn)動(dòng)速度下噪聲小于50dB，摩擦波動(dòng)幅度減少到以往產(chǎn)品的1/5。另外，通過了一次加油脂2ml，運(yùn)行2800km的無負(fù)載試驗(yàn)。
（2）自潤(rùn)滑免維護(hù)裝置。為了使?jié)L動(dòng)部件能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作且保持其機(jī)能，潤(rùn)滑和免維護(hù)要求是十分重要的，為此，日本NSK公司開發(fā)了滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副使用的含有潤(rùn)滑油的樹脂材料“固形油”的“KI系列潤(rùn)滑裝置”，裝置中的密封件含有重量比為70％的潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑油慢慢地溢出而維持長(zhǎng)期潤(rùn)滑能力。
2. 滾柱式滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的發(fā)展動(dòng)向
滾柱式滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副有壽命長(zhǎng)、剛性高和噪聲小等主要特點(diǎn)。它分為O型和X型兩大類，X型為德國(guó)INA公司開發(fā)的新產(chǎn)品。
滾柱式滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的發(fā)展動(dòng)向主要是潤(rùn)滑問題。定期注油是必要的，然而裝置復(fù)雜，成本高。為此，日本Memuson公司獨(dú)立開發(fā)了毛細(xì)管狀的潤(rùn)滑體安裝在滑塊體內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)5年或2萬km的行程而不需維護(hù)。而日本THK公司研制的QZ潤(rùn)滑器包含具有纖維網(wǎng)及密封件的油池，也使導(dǎo)軌副的潤(rùn)滑達(dá)到長(zhǎng)期免維護(hù)的技術(shù)要求。
3. 帶磁柵測(cè)量系統(tǒng)的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副
Schneeberger公司開發(fā)了名為“monorail”的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，它把直線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向功能與磁柵—數(shù)顯的位移檢測(cè)功能合二為一。磁化鋼帶粘貼在導(dǎo)軌的側(cè)面，而拾取信號(hào)的磁頭則與導(dǎo)軌副的滑塊固定并與之同步運(yùn)動(dòng)。磁柵測(cè)量系統(tǒng)的最小分辨率為0.001，精度為0.005，最高移動(dòng)速度為3m/min。導(dǎo)軌最長(zhǎng)可以達(dá)3000mm，每50mm設(shè)一個(gè)參考點(diǎn)?！癕onorail”滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副具有以下特點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)緊湊，易于安裝，占用空間小；②由于測(cè)量系統(tǒng)裝在導(dǎo)軌體內(nèi)，顯著地減小了誤差，提高長(zhǎng)度測(cè)量的準(zhǔn)確性；③把磁柵密封在導(dǎo)軌體內(nèi)，從而增加了測(cè)量系統(tǒng)的抗干擾能力。
4. 微型導(dǎo)軌副的開發(fā)
針對(duì)醫(yī)療、半導(dǎo)體制造及計(jì)量裝置，THK公司開發(fā)了導(dǎo)軌寬度分別為1mm、2mm、4mm等3個(gè)型號(hào)（長(zhǎng)度100mm）標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，具有以下特點(diǎn)：①超小型：LM導(dǎo)軌副系列中斷面尺寸最小的、可靠性高的超微型產(chǎn)品。它滿足設(shè)備重量輕、省空間的要求；②低滾動(dòng)阻力；③能承受所有方向的載荷；④出色的耐腐蝕性：LM導(dǎo)軌及滾珠均使用馬氏體不銹鋼，耐腐蝕性出色，最適合使用于醫(yī)療器械及清潔車間中。
更加個(gè)性化的的研發(fā)
1. 高精度化技術(shù)的發(fā)展
（1）“過渡曲線”的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
日本學(xué)者通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副綱球循環(huán)回路的設(shè)計(jì)直接影響到進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中的高頻振動(dòng)及動(dòng)摩擦力的變動(dòng)，動(dòng)摩擦力的變動(dòng)頻率與鋼球直徑有關(guān)，表明鋼球在進(jìn)出工作滾道中產(chǎn)生了沖擊摩擦力。
筆者對(duì)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副滑塊循環(huán)回路過渡曲線形式進(jìn)行了探討，以給定間隙的方法，鋼球循環(huán)回路采用圓弧形凹圓柱面溝槽，每個(gè)圓柱面的中心線（即砂輪中心軌跡線）采用多段單、雙圓弧樣條曲線，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。使綱球載荷變化平穩(wěn)連續(xù)無突變，減小了沖擊，從而減小了動(dòng)摩擦力高頻振動(dòng)幅值，對(duì)于提高精密直線進(jìn)給精度具有重要意義。
（2）導(dǎo)軌安裝螺孔的節(jié)距及螺紋孔的沉孔深度對(duì)導(dǎo)軌的下溝槽的精度影響。
為了適應(yīng)各種機(jī)床對(duì)導(dǎo)軌的沖擊，滿足工作穩(wěn)定的需求，提高吸震作用，合理的設(shè)計(jì)導(dǎo)軌副安裝聯(lián)接螺栓疲勞強(qiáng)度是必要的。日本NSK公司通過試驗(yàn)，在不同的螺孔安裝節(jié)距及螺紋孔的沉孔深度的情況下，對(duì)導(dǎo)軌下溝槽變形量進(jìn)行了測(cè)量。
可見導(dǎo)軌安裝螺孔節(jié)距及螺紋孔的沉孔深度對(duì)導(dǎo)軌的下溝槽的精度影響較大，選擇合適的導(dǎo)軌安裝螺孔的節(jié)距及螺紋孔的沉孔深度，對(duì)提高滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的精度是非常重要的。
（3）超精密定位裝置的研究。二見茂通過實(shí)驗(yàn)研究，由滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副和直線電機(jī)組成的進(jìn)給裝置實(shí)現(xiàn)了1nm級(jí)的超精密傳動(dòng)。同時(shí)從理論上分析了滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副在微小位移時(shí)的非線性特性為由滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副組成的精密傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
2. 直線運(yùn)動(dòng)單元
直線運(yùn)動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)了將直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，而使用者可以根據(jù)作業(yè)內(nèi)容的需要選擇適當(dāng)?shù)男褪郊靶谐?，組成不同的結(jié)構(gòu)。直線運(yùn)動(dòng)單元多用于自動(dòng)化與精密測(cè)量中，如XYZ多軸平臺(tái)、自動(dòng)裝配與運(yùn)送系統(tǒng)、半導(dǎo)體制造設(shè)備及光電產(chǎn)品等。
直線運(yùn)動(dòng)單元連續(xù)使用環(huán)境溫度可達(dá)80℃，短時(shí)運(yùn)行溫度可達(dá)100℃。如果所有的力和力矩均在直線運(yùn)動(dòng)單元的最大值以內(nèi)，則其原則上可安裝在任何位置。直線運(yùn)動(dòng)單元的進(jìn)給速度最高達(dá)60~90m/min，加速度0.6~2.0g，定位精度達(dá)到20~25 。而未來取代直線驅(qū)動(dòng)的直線電機(jī)，其進(jìn)給速度可80~200m/min，加速度1~10g以上，定位精度可達(dá)0.5~0.005 （甚至更高）。這樣，對(duì)于配套使用的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副提出了更高的要求。
3. 互換性導(dǎo)軌系列
為了滿足客戶對(duì)交貨期要求，加速資金周轉(zhuǎn)降低成本，互換性產(chǎn)品的生產(chǎn)是最佳方式，也就是說可將導(dǎo)軌和滑塊分別制造、庫存，對(duì)應(yīng)定貨合同可以從庫存標(biāo)準(zhǔn)品中組織裝配做到短期交貨，另外，互換性產(chǎn)品對(duì)客戶的維護(hù)更換也十分方便。為了達(dá)到互換性要求，首先必須精確加工測(cè)量溝槽位置尺寸，提高導(dǎo)軌、滑塊的加工精度，另外要加強(qiáng)半成品庫存管理，建全電腦管理體系。更加趨向環(huán)保的綠色化設(shè)計(jì)
1. 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的噪聲問題得到了較好解決
Yamata 等人研究證明滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的噪聲產(chǎn)生的主要原因是滾動(dòng)體與端蓋、滾道之間的碰撞。對(duì)于在100～20 000HZ范圍內(nèi)的聲壓級(jí)，通過裝入較輕的陶瓷球（Si5 N4）可以降低。通過實(shí)測(cè)當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度在0.3~1.17m/s范圍內(nèi)，鋼球滾動(dòng)體的噪聲為60.0～76.9dB，而陶瓷鋼球的噪聲為55～71dB，平均降噪為4.5 dB。
2. 面對(duì)綠色環(huán)境保護(hù)的要求
半導(dǎo)體、液晶制造設(shè)備對(duì)綠色環(huán)境要求極高，這樣的環(huán)境下，滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副使用真空氟素潤(rùn)滑劑，因?yàn)榉貪?rùn)滑劑粉塵的發(fā)生量極少。但是氟素潤(rùn)滑劑的耐久性及防銹能力不高，高速運(yùn)行時(shí)阻力增大，由于以上原因低發(fā)塵的潤(rùn)滑劑和KI系列組成的密封潤(rùn)滑件的使用可以得到真空潤(rùn)滑劑同等的特性。
為了實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保的要求及各種各樣的使用要求，防銹能力提高是十分重要的。比如，不銹鋼導(dǎo)軌副，采用馬氏體系不銹鋼材料，具有與一般標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌副相同的額定載荷等機(jī)能。以防銹和防止光反射作用必須對(duì)導(dǎo)軌副進(jìn)行表面處理。從防銹機(jī)能，耐久性，成本各方面出發(fā)，推薦采用鍍黑鉻的電解防銹黑色膜表面處理技術(shù)。還可以用氟化低溫噴鍍方法涂上一層氟素樹脂涂料，使防銹性能進(jìn)一步提高，在醫(yī)藥、食品機(jī)械中可以廣泛使用。
