ROLLON:处理直线运动中的偏差

文章来源:ROLLON Ltd(中国) 点击数:487 发布时间:2017-10-10
在导致直线轴承过早损坏的所有因素中,对齐偏差几乎是最主要因素。以下是无需耗尽资源的应对方法。
ROLLON:处理直线运动中的偏差

在导致直线轴承过早损坏的所有因素中,对齐偏差几乎是最主要因素。以下是无需耗尽资源的应对方法。

RollonCompact Rail 系统具有内在的容差能力,这是由于导轨的几何形状可以吸收在一条或两条轴上的对齐误差

设计工程师在评估线性轴承时,他们总是会询问一些性能属性如速度、负载能力和生命周期。然后,他们想了解价格。然而,他们很少询问轴承对偏差的敏感性。这是一个很大的错误,因为对齐偏差是直线轴承过早磨损和失效的主要原因之一。如果直线轴承未对齐至正常运行所要求的形位公差范围内,根据预期寿命计算结果,本应该运行多年的直线轴承可能运行仅仅几个月后就停止工作。通常来说,对齐问题开始于机架自身的设计和准备。有可能是轴承安装时,没有保持足够平坦、笔直或平行。例如,安装表面可能有一个或多个会影响已安装直线轴承导轨的突出点。或者机架的设计为在水平轴、垂直轴或这两个轴上安装轴承导轨且保持互相平行增加了难度。无论偏差是什么类型,其结果都是轴承的滚动部件和滚道表面的负载不均匀,包括点荷载过高。这些不均匀负载通常会导致凹陷形式的磨损。正如道路上的坑洼在开始时很小,然后随着更多车辆从其上驶过,这个小坑慢慢变大,每次滑架滑过,滚动部件和滚道表面上的凹点也会变大。在某个时间点,甚至在导轨还没有出现重大损坏时,凹点有可能就导致直线轴承发出噪音和运行迟缓。通过缩短直线轴承的工作寿命,偏差对于机器的制造商和拥有者可以是一个显著的成本动因。当直线轴承过早失效时,机器制造商会承受较高的保修成本——更不必提质量信誉受损这种无形的成本。

轴向平行度误差

同时,机器的拥有者必须承受的不只是购买和安装新轴承的成本,还有停工期的成本。与其在机器投入使用后承担这些费用,不如在前期处理好偏差问题。通常,有两种方法解决偏差问题。其中困难的方法涉及在设计和制造过程中消除偏差。容易的方法将接受偏差不改动,然后采用具有内在容差能力的直线轴承。这两种策略都有其一席之地,但它们对成本也有显著不同的影响。

困难的方法

使用循环滚珠的直线导轨在高精度运动应用中是成熟的,这有很好的理由。正确地安装和维护后,这些直线导轨的设计可以满足机床和其他精密工业机器最严格的定位精度要求。事实上,在提供微米级重复精度的运动轴上有最好的导轨。但这种精度并不便宜。它要求机器制造商采取昂贵的措施来为直线导轨创造近乎完美的安装表面。举例来说,一些超精密的导轨,要求安装表面笔直、平坦,并且平行度在万分之几英寸范围内。消除偏差的过程开始于设计阶段。为了满足超精密导轨的需要,设计工程师往往必须指定昂贵的框架材料和制造方法,它们有助于建立平坦、笔直、平行的安装表面。通常,所需的形位公差要求有精密研磨和抛光操作,其成本随直线轴的长度成指数级上升。另外,偏差也有可能源于已加载时安装表面的挠曲。所以超精密导轨可能还要求工程师加强机架的部件,以便为直线导轨提供一个刚度正好、不发生挠曲的安装表面。对抗偏差的步骤也适用于装配平台。装配员往往需要使用定制固件、螺栓调整器和垫片将直线导轨一点一点地拉对齐。这个过程对于很多机器制造商不是什么新鲜事,但它耗时且昂贵。就像机器加工,成本随着随轴长度的增加而增加。

在两个平面上的对齐误差

Rollon 的 K 型和 U 型导轨相配合,可以吸收在两个平面上的对齐误差。K 型导轨的几何形状赋予滚子一个可以抵消导轨高度差的旋转自由度,而 U 型导轨的平滚道允许一个横向自由度,以抵消在水平面上的平行度误差。该系统可以容许较大偏差(见图表),而对磨损或使用寿命无影响。

简单的方法

另一个处理偏差的广义上的策略是通过选择可以自对齐的直线轴承来容许偏差。与循环滚珠系统相反,另一类型的直线轴承的特点是有大型滚动部件、给予滚动部件一定摆动空间的导轨截面以及让所有滚动部件负载均等的结构简单的预载调节器。Rollon 的 Compact Rail 系统是这种偏差容许设计的最佳典范。滚子具有足够的旋转和横向自由度来抵消所有轴上甚至是很大的偏差。相比于超精密导轨以弧分和微米计量可接受的偏差,Compact Rail 系统以度和毫米计量误差。例如,Compact Rail 的滚子可相对于导轨旋转多达 2 度而不影响功能或增加磨损度。这种旋转自由度使得该系统能够在在导轨间距为 500 mm 时容许有 20 mm 的轨道高差。同样地,滚子横向移动的能力使滚子能够在水平轴上调整以适应平行度问题——即是,导轨的滚子内束或外张。例如,尺寸最大的Compact Rail 可以调整到 4080mm长的导轨之上达 3.9 mm 的位移位置。最后,因为部件很大,并能在滚道内移动,它们也可以调整适应由于安装表面高突或装配过程不太严格造成的局部变形。对于机器制造商,自动对齐系统的好处归根到底就是设计自由和成本减少。当直线轴承的安装面条件变得不那么严格时,就更容易采用成本较低的材料和制造方法来设计部分或整个机架。例如,Compact Rail 已直接安装到金属板上,这种表面对于常规的直线导轨而言太柔软。安装表面昂贵的研磨和繁琐的装配方法也成为了过去式。

Compact Rail 系统提供有三种不同的导轨截面轮廓,它们可以组合起来,以补偿不同类型的偏差

哪种方法?

消除偏差或适应偏差,在比较这两种处理偏差的方法时,请记住它们都有自己的优势。有些直线轴确实需要一个精度尽可能最佳的刚性轴承。在这种情况下,没有其他办法,只能把钱用于机架的升级、精密研磨和认真装配上。对精密度和准确度要求稍低的其他轴,使用自动跟安装面自我对齐、更合规的导轨,可更好地提供服务。在这些例子中,成本会更低。机器制造商有时未能意识到的是,这两种方法是互补的。

很多机器都有对准确度和精密度有不同要求的多个直线轴。例如,考虑机床。主轴可能需要金钱可以买到的最精确的直线运动系统,而换刀装置和门不需要如此精确的系统。然而,很多时候,机器的一部分所需的某一类型的精密轴承会默认用于机器的所有部分或大部分,抬高不必要的成本。较好的方法是为每条轴单独选择最佳直线轴承。而无论何时,自动对齐类型都可以满足给定轴的精度要求,这将节约成本。

您可以找到ROLLON(中国)公司和直线运动系统解决方案:

IAS 2017 – 上海,11月7 – 11日

展馆 5.1 –展位 E022