將鋼珠的循環運動應用于直線導軌的"線性導軌"上,從開發至今約有35年了。國內外的制造廠商銷售著各種工產品,雖然外觀相似,但在不同的業界,有不同的用法。不使用最合適的產品就不能{bfb}發揮線性導軌的{zy1}性能。

本文討論設計范例大多取向一般工業機械。這個領域大多使用重視垂直荷重的"徑向型"與均等承受上下左右四個方向的荷重的"四方向等負荷型"。

問題之一

安裝面精度越高,價格越高

一般來說,機械零件一經組裝,各部件的誤差會累計起來,大多數范例都是導致組裝完畢后的精度下降。但是,在采用鋼珠的線性導軌中,有因鋼珠產生彈性變形而吸收安裝面誤差,或依鋼珠與鋼珠滾動槽之間的接觸結構,誤差不但不會積累,反而較原誤差小的產品類型。

不了解這種情況而將安裝面精度過分提高則會增加整體制造成本。

吸收安裝面誤差

按標準形導軌寬度25mm與無預壓的普通間隙產品的2軸平行的允許誤差進行比較時,徑向形"SR25"為50μm,四方向等負荷形"HSR25"為30μm,軌道上下的允許誤差按標準型導軌寬度25mm進行比較時,"SR25"為200μm,"HSR25"為130μm,允許值極大。允許值大的線性導軌不必將安裝面精度提得太高就可以符合要求。因此,機械加工費用降低,而且組裝、校直作業簡單,從而減少加工、組裝工時,其結果就可以制造出整體價格較有競爭力的裝置。

直線導軌型號越大,允許誤差就越大。不論從荷重、壽命的選定觀點還是從安裝面吸收誤差量的觀點出發,重要的是選擇型號稍大些的導軌。

但是,在選擇時要注意到這個允許值會隨著線性導軌的制造廠家而異。超出允許值則會很快結束使用壽命。

有使精度平均化的效果

組裝好工作臺后,線性導軌吸收誤差,提高工作臺上的移動精度的效果稱為精度平均化效果。這個效果依工作臺或機床的剛性而改變,有報告顯示精度可提高安裝面誤差值的1/4-1/7。

基于鋼珠的赫茲理論的分析結果為1/4.4,這是理論上將導軌、滑塊、安裝螺母等作為剛體看待得出的近似結果。考慮到這一點,實際應當比1/4.4小。將給定的校直誤差量與工作臺的實際變位置量的比稱為精度平均化系數,而經實驗,該系數為1/7.1。我們認為1/7.1的試驗結果有相當的可靠性。

因此,線性導軌具有將安裝導軌的基礎加工及組裝時產生的垂直度、平面度、平行度等校直誤差平均化后進行吸收的特點。

巧妙地利用這一功能特性可以制造高精度的工作臺,使用一般工業用的線性導軌也能獲得0.6μm/110mm的上下精度（垂直度）,可以應用于精度要求嚴格的半導體制造裝置。

因為這個平均化效果之值隨線性導軌的制造廠家而異,所以需要根據所選定的線性導軌進行相應的設計。

線性導軌的誤差吸收方法

有的線性導軌是考慮誤差吸收方法進行設計的。要安裝在難以加工和獲得精度的平面部位時,可以選擇鋼珠的接觸構造為DF（正面組合）構造的產品構成容易吸收誤差的結構。

因為"自動調整"好的DF構造的線性導軌將安裝面的傾斜經由導軌本身進行吸收,所以組裝在滑塊上的工作臺不易變形。

要進一步提高線性導軌的"自動調整功能",需要提高工作臺的剛性。工作臺的剛性是提高使用線性導軌的裝置的精度的重要因素。

問題之二

動態剛性不足

如果動態剛性不足,加工機械會因振動而造成加工面報廢,測定檢查裝置因衰減性不佳而造成測定值不穩定。

工作臺的剛性出乎意料的小

負擔荷重的剛珠數依型式而異。"HSR35R"為24個,一個滑塊的允許荷重大至61.1KN。如果組裝的工作臺的剛性小的話,組成裝置時,可能因工作臺剛性不足而得不到設計的預想性能。

將4個"HSR35R"支撐壁厚為30mm的加強肋構造鑄件工作臺看成支撐間距為1000mm、寬度為500mm、高度為變量hmm的兩端單純支撐梁。

假定在中心部有集中荷重W=10KN作用,使梁的{zd0}變位（施加預壓）為15μm,滑塊部分的變位為2.0μm時,工作臺的高度需要370mm,工作臺的重量為9.1KN。

因為導軌的剛性需要大到使用370mm厚度的工作臺,所以設計上必須采用不易產生局部變形的輕量、高剛性的構造。

提高工作臺剛性的方法

無法充分獲得上述的工作臺剛性時,給線性導軌加預壓或增加線性導軌的滑塊數量可以提高剛性。在以上例子中增加滑塊為4個和6個后的工作臺動態剛性分別得到2倍和1.5倍的改善。但對于同樣的工作臺,4個和6個的滑塊各經預壓后,6塊的動態剛性改善11-13倍。

如果使用線性導軌的工作臺的滑塊間的距離過寬,工作臺中心部位的剛性有不足的傾向。如果只使用4個滑塊,即使在荷重與壽命方面沒有問題,也有可能不滿足剛性方面的規格要求。在這種情況下,可改用小型號的導軌,承受荷重的滑塊越多,性能改善效果越大。

問題之三

壽命短

壽命短的原因多在與潤滑或防塵有問題

專用潤滑很有效

要充分發揮線性導軌的功能,必須根據各種使用條件選擇潤滑劑,在不加油的狀態下使用有可能會增加滾動部位的摩擦或成為壽命縮短的原因。