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精機製品・技術報告:工具機用高剛性NSK線性滑軌

工具機用線性滑軌

伴隨著工具機高速化的進程,對高速性對應能力較高的線性滑軌的採用也正在逐漸增加。
NSK以以下工具機用線性滑軌的特點為目標,進行產品的設計和開發。

  • 1) 通過適當預壓提高剛姓,各方向平衡性好
  • 2) 有適當的摩擦及衰減性
  • 3) 運行直線度等,高精度
  • 4) 長壽命、高可靠性,耐衝擊性

1. NSK線性滑軌「LY系列」

作為工具機用線性滑軌,NSK從1980年代開始為市場提供LY系列。LY系列,有著4列的哥特式溝槽,通過設定預壓,產生中心偏移量,使鋼珠和溝槽4點接觸。因此,通過4列溝槽承載能夠通過適當的預壓獲得高剛性。另外,接觸角為45度,上下左右各個方向平衡性好,對各方向的切削力有同等的高剛性。
如圖1所示,為德國機床協會(VDW)委託アーヘン工科大學對各公司的滑軌剛性測量結果的摘錄內容。圖中只顯示了使用鋼珠的滑軌,可知NSK的LY系列滑軌比其他公司的滑軌剛性都要高。

圖1

LY系列通過4點接觸,產生適當的摩擦力。這個摩擦力會增大衰減性,即使不影響滑動導引,也比2點接觸的產品的衰減性明顯要高。圖3所示的是 在圖2所示的阻尼的評價裝置上進行的評價結果。

圖2、圖3

2. 工具機用高剛性NSK線性滑軌「LY系列」

如上所述,LY系列根據「4點接觸結構」獲得高剛性的同時,通過適度的摩擦提高衰減性,是適合工具機使用的線性滑軌。
然而,最近,以加工中心為代表的工具機,隨著高速化和高精度化的推進,出現了搬送速度在60m/min的設備。設備的高速化必然伴隨著高加減速,因此對導引系統的負載就增加了。同時,針對高精度化的要求,也就要求設備有更高的剛性,進而要求線性滑軌也要有高剛性。
從以上背景開始,以LY系列為基礎,以獲得更高性能為目標,開發出了「 LA系列」線性滑軌。
以下是其基本理念。

  • 1. 軌道兩側各配置有3列溝槽,剛性・負載容量均是LY系列的1.4~1.5倍 。
  • 2. 4點接觸和2點接觸平衡組合配置,摩擦只有LY系列的50~60%。
  • 3. 安裝尺寸和現在市場上大多數正在使用的滑軌相同,實現了標準化。
  • 4. 以技術發展和積累為背景,增加了若干改善。

LA系列和LY系列的斷面形狀如圖4所示。LA系列和LY系列的安裝尺寸相同,配置著一側3對共計6列的溝槽。鋼球直徑與LY系列一樣,都採用哥特式溝槽,能夠確保對溝槽的位置進行高精度測量以及高精度加工。通過這些溝槽的組合,形成適當的摩擦力,實現高剛度・高負載容量。還有,通過與LY系列接觸角同為45°,有一個平衡的結構,無論對哪個方向都有幾乎相等的負載容量。表1顯示的是LA系列和LY系列有代表性的型號的特性比較。

圖4

另外,圖5所示為LA系列的剛性和動摩擦力的測量數據。從這些數據可以看出,LA系列與LY系列相比,摩擦力約為其60%,卻獲得了其1.4~1.5倍的剛性。

圖5

以上基本功能提高的同時,也進行了若干的改善。其中一個就是密封性能的提高。軌道的斷面形狀能夠盡可能使密封墊很容易地緊貼溝槽,再加上對密封墊本身的形狀進行進一步改良,外部的異物更難侵入。滑塊內的自潤滑單元 「NSK K1」也可作為選配件選用,與上述密封性的提高的同時,使免維護對應成為可能。
現在LA系列根據工具機大多數使用的型號的優先順序,對LA系列的尺寸和滑塊的種類進行系列化,預壓以Z3(中預壓)和Z4(重預壓)2種類型進行對應,如表2所示。

表2