前言
經(jīng)過近30年的發(fā)展和變化，當(dāng)今已研發(fā)出多種系列和規(guī)格的線性導(dǎo)軌，現(xiàn)根據(jù)目前技術(shù)和發(fā)展及應(yīng)用等方面進(jìn)行詳細(xì)說明。
所謂線性滑軌是：以滾動(dòng)組件（滾珠、滾柱）作為滑塊與滑軌的傳動(dòng)介質(zhì)，使滑塊與滑軌作相對(duì)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。通過滑軌、滾動(dòng)組件、滑塊的組合；實(shí)現(xiàn)整體低阻力、高剛性與高精度的運(yùn)動(dòng)特性，從而達(dá)到高效率的傳動(dòng)目的。高速度、高精度、高剛性的、長(zhǎng)壽命等作為線性滑軌產(chǎn)品的最終研發(fā)目標(biāo)。
基本構(gòu)造
線性滑軌基本上是由幾個(gè)重要的組件所組成，其名稱及功能分述如下(如圖1)：
● 承載系統(tǒng)：包含滑塊、滑軌及滾動(dòng)組件，是線性滑軌的承載主體。
● 循環(huán)系統(tǒng)：各種回流組件，包括端蓋、回流管及保持器等部分，通過回流組件可使?jié)L動(dòng)組件在滑塊與滑軌間進(jìn)行往復(fù)循環(huán)滾動(dòng)；且在滑塊未安裝到滑軌上前，(保持器)用來支撐滾動(dòng)組件，避免滾動(dòng)組件（滾珠、滾柱）掉離滑塊。
● 防塵系統(tǒng)：包含刮油片、底部防塵片、滑軌螺栓孔蓋、金屬刮板等，用以密封滑塊兩端與底部，防止粉塵及切屑等異物侵入滾動(dòng)組件的循環(huán)軌道。
● 潤(rùn)滑系統(tǒng)：包含油嘴或油管接頭、回流組件內(nèi)部的潤(rùn)滑通道等部分，用以提供潤(rùn)滑劑進(jìn)入的管道，以便對(duì)承載系統(tǒng)進(jìn)行潤(rùn)滑。
圖1 線性滑軌的基本構(gòu)造 (HIWIN-天津隆創(chuàng)提供)
高剛性、高負(fù)載能力
除了上述基本的組成之外，目前市場(chǎng)上的線性滑軌大致又可依照滾動(dòng)組件的不同，區(qū)分為滾珠型(Ball bearing)與滾柱型(Roller bearing)線性滑軌。滾珠型線性滑軌以其構(gòu)造簡(jiǎn)單、制造成本低的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用相當(dāng)廣泛，制造生產(chǎn)的廠商也多。相對(duì)的，滾柱型線性滑軌雖然成本與制造難度較高，但因滾柱的線接觸承載型式可提供更高的剛性與荷重能力，所以許多有高承載及高剛性需求的應(yīng)用場(chǎng)合，滾柱型線性滑軌是更適當(dāng)?shù)倪x擇。自2006年起，制造生產(chǎn)的廠商有明顯的增加。
滾柱型線性滑軌以滾柱作為滑塊、滑軌之間的傳動(dòng)介質(zhì)，滾柱相較滾珠具有較大之接觸面積，透過工程計(jì)算與分析，可發(fā)現(xiàn)相等體積的滾柱承受徑向負(fù)荷時(shí)所產(chǎn)生的彈性變形量?jī)H約為滾珠之1/3，故滾柱比滾珠具有更好之剛性及負(fù)載能力，如圖2。
圖2 滾柱與滾珠的剛性比較
通過超高剛性的實(shí)現(xiàn)，滾柱式線性滑軌可大幅提升工作機(jī)械加工的穩(wěn)定性，達(dá)到高精度的需求；藉由超重負(fù)荷的特性，進(jìn)而延長(zhǎng)線性滑軌的使用壽命。而更高的負(fù)荷容量代表同樣的負(fù)荷條件可以使用尺寸外型較小的組件，非常適合復(fù)合化機(jī)械的空間限制。
滾柱式線性滑軌的優(yōu)點(diǎn)在于滾柱比滾珠具有更大的接觸面積，因此可大幅降低接觸應(yīng)力，延長(zhǎng)表面疲勞剝離的時(shí)間。表1為線性滑軌的理論壽命比較，由此表內(nèi)容可發(fā)現(xiàn)，滾柱式線性滑軌的理論壽命相較滾珠式線性滑軌可提升100~200%，因此滾柱型線性滑軌可以達(dá)到超長(zhǎng)壽命的特性。
表1 理論壽命比較(由HIWIN-隆創(chuàng)日盛提供)
高速、高加減速性能
為了達(dá)成高速的應(yīng)用，線性滑軌的設(shè)計(jì)須使用滾動(dòng)組件的循環(huán)系統(tǒng)，以減小運(yùn)行阻力，并提高其運(yùn)行速度。由于線性滑軌的機(jī)械特性大都取決于滾動(dòng)組件與滑塊、滑軌之間的接觸關(guān)系，除此之外，循環(huán)系統(tǒng)的阻力以及滾動(dòng)組件相互之間的阻力大小，即是設(shè)計(jì)上主要可以改進(jìn)的部份。如圖2所示；相鄰的兩個(gè)滾動(dòng)組件在運(yùn)行時(shí)，其接近處的運(yùn)動(dòng)方向是相反的。若此處為接觸狀態(tài)，則摩擦阻力將提高甚多，進(jìn)而大大影響其高速性能。
為減少接觸，滾動(dòng)組件之間需要留有間隙。但是如此一來，因?yàn)檫\(yùn)行時(shí)的微小誤差，很容易使?jié)L動(dòng)組件集中。這樣不但無(wú)法改善摩擦阻力，反而引發(fā)負(fù)載不均的問題。為了讓滾動(dòng)組件之間保持一定的間隙，一般的軸承采用位置保持器(Retainer)的設(shè)計(jì)。而線性滑軌則采用了具有撓性的同步聯(lián)結(jié)器( Synchronous Component)。如圖3所示，為HIWIN(上銀科技)公司所提出的SynchMotionTM同步聯(lián)結(jié)器。
圖3 同步聯(lián)結(jié)器 (球形滾動(dòng)組件用)
基本上，由于同步聯(lián)結(jié)器的材質(zhì)為彈性塑料，屬于黏彈性材料，因此分子黏附部分的摩擦力所占的比例相當(dāng)大，而其為黏附點(diǎn)
