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汉承设备新闻: 简单介绍台湾HIWIN直线导轨的特点和选用原则 |
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作者：张永文 转载自： 发布日期：2014/10/16
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HIWIN直线导轨系为一种滚动导引，借由钢珠在滑块与导轨之间作无限滚动循环，负载平台能沿着导轨轻易地以高精度作线性运动。与传统的滑动导引相比较，滚动导引的摩擦系数可降低至原来的1/50，由于启动的摩擦力大大减少，相对的较少无效运动发生，故能轻易达到μm级进给及定位。再加上滑块与导轨间的束制单元设计，使得直线导轨可同时承受上下左右等各方向的负荷，上述陈列特点并非传统滑动导引所能比拟，因此机台若能派和滚珠螺杆，使用直线导轨作导引，必能大幅提高设备精度与机械效能。
HIWIN直线导轨优点及特点：
1.定位精度高
使用直线导轨作为线性导引时，由于直线导轨的摩擦方式为滚动摩擦，不仅摩擦系数降低至滑动导引的1/50，动摩擦力与静摩擦力的差距亦变得很小。因此当床台运行时，不会有打滑的现象发生，可达到μm级的定位精度。
2.磨耗少能长时间维持精度
传统的滑动导引，无可避免的会因油腻逆流作用造成平台运动精度不良，且因运动时润滑不充分，导致运行轨道接触面的磨损，严重影响精度。而滚动导引的磨耗非常小，故机台能长时间维持精度。
3.适用高速运动且大幅降低机台所需驱动马力
由于直线导轨移动时摩擦力非常小，只需较小动力便能让床台运行，尤其是在床台的工作方式为经常性往返运行时，更能明显降低机台电力损耗量。且因其摩擦产生的热较小，可适用于高速运行。
4.可同时承受上下左右方向的负荷
由于直线导轨特殊的束制结构设计，可同时承受上下左右方向的负荷，不像滑动导引在平行接触面方向可承受的侧向负荷较轻，易造成机台运行精度不良。
5.组装容易并具互换性
组装时只要铣削或研磨床台上导轨之装配面，并依建议之步骤将导轨、滑块分别以特定扭力固定于机台上，即能重现加工时的高精密度。传统的滑动导引，则须对运行轨道加以铲花，既费事又费时，且一旦机台精度不良，又必须再铲花一次。直线导轨具有互换性，可分别更换滑块或导轨甚至是直线导轨组，机台即可重新获得高精密度的导引。
6.润滑构造简单
滑动导引若润滑不足，将会造成接触面金属直接摩擦损耗床台，而滑动导引要润滑充足并不容易，需要在床台适当的位置钻孔供油。直线导轨则已在滑块上装置油嘴，可直接以注油枪打入油脂，亦可换上专用油管接头连接供油油管，以自动供油机润滑。
HIWIN直线导轨选用准则：
1.使用条件设定
○ 应用之设备 ○ 行程
○ 内部空进之限制 ○ 运行速度、加速度
○ 精度之要求 ○ 使用频率
○ 刚性之要求 ○ 使用环境
○ 负荷方式 ○ 要求寿命年限
2.台湾上银直线导轨各系列的应用
○ HG系列：磨床、铣床、车床、钻床、综合加工机、放电加工机、搪床、线切割机、精密量测仪器、木工机器、搬运机器、运送装置。
○ EG系列：产业自动化机器、半导体机械、雷射雕刻机、包装机器。
○ MGN/MGW系列：印表机、机器手臂、电子仪器设备、半导体设备。
3.选用精度等级
○ C,H,P,SP,UP等级视设备精度要求而定
4.假定滑块尺寸及数目
○ 依经验选用
○ 负荷状态
○ 若与滚珠螺杆配合使用，则使用之直线导轨规格与螺杆外径相似，如螺杆外径为35mm则选用HG35规格
5.计算滑块最大负荷
○ 参照负荷计算例计算单个滑块最大等效负荷
○ 确认选用之直线导轨静安全系数应超过静安全系数使用表所列之值
6.选择预压力
○ 依刚性要求及安装面精度选用
7.确认刚性
○ 参照刚性表计算变形量 提高预压力，加大选用尺寸或滑块数以提高刚性
8.计算使用寿命
○ 依使用速度、频率计算寿命距离要求 依寿命公式计算选定直线导轨之寿命距离
9.润滑选用
○ 润滑剂选用，依设备需求可选择润滑脂、润滑油或特殊润滑剂润滑定期注入润滑脂或自动供油
直线导轨选用完成。
直线导轨额定负荷：
1.基本静额定负荷
(1)基本静额定负荷（C0）的定义
直线导轨在静止或运动中若承受过大的负荷，或受有很大冲击负荷时，会导致珠道接触面和钢珠产生局部的永久变形；当永久变形量超过某一限度，将妨碍直线导轨运动的平稳性。基本静额定负荷便是容许这个永久变形量的极限负荷。依照定义：负荷的方向和大小不变的状态下，在受到最大应力接触面处，钢珠与珠道表面的总永久变形量恰为钢珠直径万分之一的静止负荷。
基本静额定负荷的数值详列于各规格尺寸表中；使用者可参照表格选用适合的直线导轨，但必须注意的是被选用的直线导轨在运行中所受的最大静负荷不可超过其基本静额定负荷。
（2）容许静力矩（M0）的定义
当滑块中受到最大应力的钢珠达到上述定义之静额定负荷时，此时滑块所承载之力矩称为静额定力矩。在直线导轨运动中是以MR、MP、PY这三个方向来定义
（3）静安全系数
当直线导轨使用在慢速运动或作动频率不高的状况下，需考虑静安全系数。根据不同的使用状况，计算静负荷必须考虑不同的安全系数，尤其是当导轨受有冲击性负荷时，需要取用较大的安全系数。
fSL=C0/P或是fsm=M0/M
fSL：静安全系数
fSM：静安全系数（力矩负荷）
C0：基本静额定负荷（kN）
M0：容许静力矩（kN·m）
P：工作负荷（kN）
M：静力矩负荷（kN·M）
2.基本动额定负荷
（1）基本动额定负荷（C）的定义
基本动额定负荷用于直线导轨承受负荷并作滚动运动时的寿命计算。其定义是在负荷的方向和大小不变的状态下，直线导轨的额定寿命为50km时的最大负荷，此值详列于各规格尺寸表中，使用者可借由此值预先估算出选用之直线导轨的额定寿命。
上银直线导轨寿命：
1.寿命
当直线导轨承受负荷并作运动时，珠道表面与钢珠因不断地受到循环应力的作用，一但到达滚动疲劳的临界值，接触面就会开始产生疲劳破损，并在部分表面发生鱼鳞状薄片的剥落现象，此种现象叫做表面剥离。寿命的定义即为珠道表面及钢珠因材料疲劳产生表面剥离时为止的总运行距离。
2.额定寿命
直线导轨的寿命，具有很大的分散性，即使同一批制造的产品，在相同的运动状态下使用，寿命也会有所不同；这大多归咎于材料本身在疲劳特性上固有的变化。因此为定义直线导轨的寿命，一般以额定寿命为基准；其定义是：以一批同样的产品，逐个在相同的条件及额定负荷下运行，其中90%未曾发生表面剥离现象而能达到的总运行距离。
3.寿命的计算
直线导轨的寿命会因实际承受工作负荷而不同，可以选用直线导轨的基本动额定负荷及工作负荷推算出使用寿命。
4.寿命系数
（1）硬度系数（fh）
直线导轨的珠道接触表面硬度要求在一定的硬化深度之硬度为HRC58-62，倘若硬度值无法达到要求的水准，将会降低直线导轨的额定负荷及使用寿命，此时动、静额定负荷为尺寸表列值再乘以对应的硬度系数。
HIWIN出场之直线导轨硬度要求皆为HRC58以上，故fh为1
（2）温度系数（ft）
系统温度会对直线导轨的材质有影响，当温度高于100°C时直线导轨的额定负荷及使用寿命将会降低，此时动、静额定负荷为尺寸表列值再乘以对应的温度系数。由于有些配件是塑胶材质较不耐高温，故建议使用温度应低于100°C。
（3）负荷系数（fw）
作用于直线导轨的负荷，除装置本身自重、起动停止时的惯性负荷及因悬置而产生的力矩负荷外，还有因运动伴随而来的震动及冲击负荷，此种型式的负荷并不容易算出，根据经验依负荷状况及使用速度，建议将计算负荷值再乘以对应的负荷系数。
台湾上银直线导轨规格型号： 常备库存型号
HIWIN直线滑轨系列型号：
HGH15CA HGH20CA HGH25CA HGH30CA HGH35CA HGH45CA HGH55CA HGH65CA
HGW15CA HGW20CA HGW25CA HGW30CA HGW35CA HGW45CA HGW55CA HGW65CA
HGW15CC HGW20CC HGW25CC HGW30CC HGW35CC HGW45CC HGW55CC HGW65CC
HGH20HA HGH25HA HGH30HA HGH35HA HGH45HA HGH55HA HGH65HA
HGW20HC HGW25HC HGW30HC HGW35HC HGW45HC HGW55HC HGW65HC
HGW20HA HGW25HA HGW30HA HGW35HA HGW45HA HGW55HA HGW65HA
EGH15CA EGH20CA EGH25CA EGH30CA EGH15SA EGH20SA EGH25SA EGH30SA
EGW15CA EGW20CA EGW25CA EGW30CA EGW15SA EGW20SA EGW25SA EGW30SA
HIWIN直线滑轨微型导轨型号：
MGN7C MGN9C MGN12C MGN15C MGN7H MGN9H MGN12H MGN15H
MGW7C MGW9C MGW12C MGW15C MGW7H MGW9H MGW12H MGW15H
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