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精机产品・技术报告:机床用高刚度NSK直线导轨

机床用直线导轨

伴随着机床高速化的进程,对高速性对应能力较高的直线导轨的采用也正在逐渐增加。
NSK以以下机床用直线导轨的特点为目标,进行产品的设计和开发。

  • 1) 通过适当预紧提高刚度,各方向平衡性好
  • 2) 有适当的摩擦及衰减性
  • 3) 运行平直度等,高精度
  • 4) 长寿命、高可靠性,耐冲击性

1. NSK直线导轨「LY系列」

作为机床用直线导轨,NSK从1980年代开始为市场提供LY系列。LY系列,有着4列的哥特式沟槽,通过设定预紧,产生中心偏移量,使钢球和沟槽4点接触。因此,通过4列沟槽承载能够通过适当的预紧获得高刚度。另外,接触角为45度,上下左右各个方向平衡性好,对各方向的切削力有同等的高刚度。
如图1所示,为德国机床协会(VDW)委托アーヘン工科大学对各公司的导轨刚度测量结果的摘录内容。图中只显示了使用钢球的导轨,可知NSK的LY系列导轨比其他公司的导轨刚度都要高。

图1 各公司导轨的刚度比较(#45带法兰型、压缩方向

LY系列通过4点接触,产生适当的摩擦力。这个摩擦力会增大衰减性,即使不影响滑动导轨,也比2点接触的产品的衰减性明显要高。图3所示的是 在图2所示的钻攻评价装置上进行的评价结果。

图2 钻攻中心评价装置&图3 钻攻要素的比较

2. 机床用直线导轨「LY系列」

如上所述,LY系列根据「4点接触结构」获得高刚度的同时,通过适度的摩擦提高衰减性,是适合机床使用的直线导轨。
然而,最近,以加工中心为代表的机床,随着高速化和高精度化的推进,出现了搬送速度在60m/min的设备。设备的高速化必然伴随着高加减速,因此对引导系统的载荷就增加了。同时,针对高精度化的要求,也就要求设备有更高的刚度,进而要求直线导轨也要有高刚度。
从以上背景开始,以LY系列为基础,以获得更高性能为目标,开发出了「 LA系列」直线导轨。
以下是其基本理念。

  • 1. 导轨两侧各配置有3列沟槽,刚度和负载容量均是LY系列的1.4~1.5 。
  • 2. 4点接触和2点接触平衡组合配置,摩擦只有LY系列的50~60%。
  • 3. 安装尺寸和现在市场上大多数正在使用的导轨相同,实现了标准化。
  • 4. 以技术发展和积累为背景,增加了若干改善。

LA系列和LY系列的断面形状如图4所示和LY系列。LA系列和LY系列的安装尺寸相同,配置着一侧3对共计6列的沟槽。钢球直径与LY系列一样,都采用哥特式沟槽,能够确保对沟槽的位置进行高精度测量以及高精度加工。通过这些沟槽的组合,形成适当的摩擦力,实现高刚度和高负载容量。还有,通过与LY系列接触角同为45°,有一个平衡的结构,无论对哪个方向都有几乎相等的负载容量。表1显示的是LA系列和LY系列有代表性的型号的特性比较。

图4 LA・LY断面形状

另外,图5所示为LA系列的刚度和动摩擦力的测量数据。从这些数据可以看出,LA系列与LY系列相比,摩擦力约为其60%,却获得了其1.4~1.5倍的刚度。

图5 LA45长型(重预紧)刚度・摩擦实测值

以上基本功能提高的同时,进行了若干的改善。其中一个就是密封性能的提高。导轨的断面形状能够尽可能使密封圈很容易地紧贴沟槽,再加上对密封圈本身的形状进行进一步改良,外部的异物更难侵入。滑块内的自润滑单元 「NSK K1」也可作为选配件选用,与上述密封型的提高的同时,使免维护对应成为可能。
现在LA系列根据机床大多数使用的型号的优先顺序,对LA系列的尺寸和滑块的种类进行系列化,预紧以Z3(中预紧)和Z4(重预紧)2种类型进行对应,如表2所示。

表2 LA系列对应情况