線性滑軌 Linear Guideway 技術手冊線性滑軌Linear Guideways 技術手冊 目次 前语 1 一、根本資料 1 1-1 HIW IN 線性滑軌優點及特點 1 1-2 選用準則 2 1-3 額定負荷 3 1-4 線性滑軌壽命 4 1-5 作业負荷 5 1-6 冲突力 9 1-7 潤滑 10 1-8 滑軌接牙件 10 1-9 線性滑軌的装备 11 1-10 線性滑軌的安裝 12 二、HIWIN 產品系列 17 2-1 HG系列─滾珠線性滑軌 19 2-2 EG系列─低組裝式滾珠線性滑軌 40 2-3 MG系列─细小型線性滑軌 57 2-4 RG系列─滾柱式線性滑軌 66 2-5 E2型式─自潤式線性滑軌 85 2-6 PG型式─定位線性滑軌 89 2-7 SE型式─金屬端蓋式線性滑軌 96 2-8 QH型式─靜音式線性滑軌 97 2-9 QE型式─靜音式線性滑軌 106 三、HIWIN 線性滑軌選用需求表 101 (本型錄的內容規格若有變更 ，恕不另行通知) G99TC15-0902 1 前语 線性滑軌係為一種滾動導引 ，藉由鋼珠在滑塊與滑軌之間作無限滾動循環 ，負載渠道能沿著滑軌輕易地以高精度 作線性運動。與傳統的滑動導引相較 ，滾動導引的冲突係數可下降至原來的1/50 ，由於起動的冲突力大大減少 ， 相對的較少無效運動發生 ，故能輕易達到µm級進給及定位 。再加上滑塊與滑軌間的束制單元設計 ，使得線性滑 軌可同時接受上下左右等各方向的負荷 ，上述陳列特點並非傳統滑動導引所能比擬 ，因而機台若能合作滾珠螺 桿 ，运用線性滑軌作導引 ，必能大幅度进步設備精度與機械效能 。 一、根本資料 1-1 HIWIN 線性滑軌優點及特點 1-1-1 優點 (1) 定位精度高 运用線性滑軌作為線性導引時 ，由於線性滑軌的冲突方法為滾動冲突 ，不僅冲突係數下降至滑動導引的1/ 50 ， 動冲突力與靜冲突力的距离亦變得很小 。因而當床台運行時 ，不會有打滑的現象發生 ，可達到µ m級的定位精 度 。 (2) 磨耗少能長時間維持精度 傳統的滑動導引 ，無可防止的會因油膜逆流效果形成渠道運動精度不良 ，且因運動時潤滑不充份 ，導致運行軌 道接觸面的磨損 ，嚴重影響精度 。而滾動導引的磨耗十分小 ，故機台能長時間維持精度 。 (3) 適用高速運動且大幅度下降機台所需驅動馬力 由於線性滑軌移動時冲突力十分小 ，只需較小動力便能讓床台運行 ，尤其是在床台的作业方法為經常性往复運 行時 ，更能明顯下降機台電力損耗量 。且因其冲突產生的熱較小 ，可適用於高速運行 。 (4) 可同時接受上下左右方向的負荷 由於線性滑軌特别的束制結構設計 ，可同時接受上 、下 、左 、右方向的負荷 ，不像滑動導引在平行接觸面方向 可接受的側向負荷較輕 ，易形成機台運行精度不良。 (5) 組裝简单並具互換性 組裝時只需銑削或研磨床台上滑軌之裝配面 ，並依建議之步驟將滑軌 、滑塊分別以特定扭力固定於機台上 ，即 能重現加工時的高精细度 。傳統的滑動導引 ，則須對運行軌道加以鏟花 ，既費事又費時 ，且一旦機台精度不 良 ，又必需再鏟花一次 。線性滑軌具有互換性 ，可分別更換滑塊或滑軌乃至是線性滑軌組 ，機台即可从头獲得 高精细度的導引。 (6) 潤滑構造簡單 滑動導引若潤滑缺乏 ，將會形成接觸面金屬直接冲突損耗床台 ，而滑動導引要潤滑足够並不简单 ，需求在床台 適當的方位鑽孔供油 。線性滑軌則已在滑塊上裝置油嘴 ，可直接以注油槍打入油脂 ，亦可換上專用油管接頭連 接供油油管 ，以自動供油機潤滑。 2 G99TC15-0902 Linear Guideways General Information 1-2 選用準則 运用條件設定 應用之設備 行程 內部空間之约束 運行速度、加速度 精度之要求 运用頻率 剛性之要求 运用環境 負荷方法 要求壽命年限 選用系列產品 HG系列 ：磨床、銑床、車床、鑽床、綜合加工機、放電加工機、搪床、線切 割機、精细量測儀器、木匠機器、搬運機器、運送裝置。 EG系列 ：產業自動化機器 、半導體機械 、雷射雕琢機 、包裝機器 。 MGN/ MGW系列 ：印表機 、機器手臂 、電子儀器設備 、半導體設備 。 RG系列 ：C NC加工機 、重切屑加工機 、C NC磨床 、射出成型機 、放電加工機 、 線切开機、大型龍門機床 QE/QH 系列 ：精细量測儀器、半導體機械、產業自動化機器、雷射雕琢機 ，可廣 泛應用於具有高速、寧靜、低發塵需求的高科技產業。 選用精度等級 C, H, P, SP, UP等級視設備精度要求而定 假定滑塊尺度及數目 依經驗選用 負荷狀態 若與滾珠螺桿合作运用 ，則运用之線性滑軌規格與螺桿外徑类似 ，如螺桿外徑為 35mm則選用HG35的規格 計算滑塊最大負荷 參照負荷計算例計算單個滑塊最大等效負荷 確認選用之線性滑軌靜安全係數應超過靜安全係數运用表所列之值 選擇預壓力 依剛性要求及安裝面精度選用 確認剛性 參照剛性表計算變形量 进步預壓力，加大選用尺度或滑塊數以进步剛性 計算运用壽命 依运用速度、頻率計算壽命距離要求 依壽命公式計算選定線性滑軌之壽命距離 潤滑選用 潤滑劑選用 ，依設備需求可選擇潤滑脂、潤滑油或特别潤滑劑潤滑 定时注入潤滑脂或自動供油 線性滑軌選用完结 G99TC15-0902 3 1-3 額定負荷 1-3-1 根本靜額定負荷 (1) 根本靜額定負荷(C ) 的定義 0 線性滑軌在靜止或運動中若接受過大的負荷 ，或受有很大衝擊負荷時 ，會導致珠道接觸面和鋼珠產生部分 的永久變形 ；當永久變形量超過某一极限 ，將妨礙線性滑軌運動的平穩性 。根本靜額定負荷就是容許這個 永久變形量的極限負荷 。依照定義 ：負荷的方向和巨细不變的狀態下 ，在遭到最大應力接觸面處 ，鋼珠與 珠道外表的總永久變形量恰為鋼珠直徑萬分之一時的靜止負荷 。 根本靜額定負荷的數值詳列於各規格尺度表中 ；运用者可參照表格選用適合的線性滑軌 ，但必需留意的是 被選用的線性滑軌在運行中所受的最大靜負荷不行超過其根本靜額定負荷 。 (2) 容許靜力矩(M ) 的定義 0 當滑塊中遭到最大應力的鋼珠達到上述定義之靜額定負荷時 ，此時滑塊所承載之力矩稱為靜額定力矩 。在 線性滑軌運動中是以M 、M 、M 這三個方向來定義 ： R P Y MR M M P Y (3) 靜安全係數 當線性滑軌运用在慢速運動或作動頻率不高的狀況下 ，需考慮靜安全係數 。根據不同的运用狀況 ，計算 靜負荷必須考慮不同的安全係數 ，尤其是當滑軌受有衝擊性負荷時 ，需求取用較大的安全係數。 表格1.1 靜安全係數运用 負載條件 f 、f 下限 SL SM 一般運行狀況 1.0~3.0 運行時受衝擊、振動 3.0~5.0 C M f = 0 or f = 0 Eq.1.1 SL 或是 SM P M fSL : 靜安全係數 fSM : 靜安全係數(力矩負荷) C0 : 根本靜額定負荷 (kN) • M : 容許靜力矩(kN m) 0 P : 作业負荷 (kN) • M : 靜力矩負荷 (kN m) 1-3-2 根本動額定負荷 (1) 根本動額定負荷(C)的定義 根本動額定負荷用於線性滑軌接受負荷並做滾動運動時的壽命計算 。其定義是在負荷的方向和巨细不變 的狀態之下 ，線性滑軌的額定壽命為50km時(滾柱式線性滑軌為100km)的最大負荷 ，此值詳列於各規格 尺度表中 ，运用者可藉由此值預先估算出選用之線性滑軌的額定壽命 。 4 G99TC15-0902 Linear Guideways General Information 1-4 線性滑軌壽命 1-4-1 壽命 當線性滑軌接受負荷並作運動時 ，珠道外表與鋼珠因不斷地遭到循環應力的效果 ，一但到達滾動疲勞的臨界值 ， 接觸面就會開始產生疲勞破損 ，並在部份外表發生魚鱗狀薄片的剝落現象 ，此種現象叫做外表剝離。壽命的定義 即為珠道外表及鋼珠因资料疲勞而產生外表剝離時為止的總運行距離。 1-4-2 額定壽命 線性滑軌的壽命 ，具有很大的分散性 ，即便同一批製造的產品 ，在相同的運動狀態下运用 ，壽命也會一切不同 ； 這大多歸咎於资料自身在疲勞特性上固有的變化 。因而為定義線性滑軌的壽命 ，一般以額定壽命為基準 ；其定義 是 ：以一批同樣的產品 ，逐個在相同的條件及額定負荷下運行 ，其间90％未曾發生外表剝離現象而能達到的總運 行距離。 1-4-3 壽命的計算 線性滑軌的壽命會因實際接受作业負荷而不同 ，可依選用之線性滑軌的根本動額定負荷及作业負荷推算出运用壽 命 。 (1) 不考慮環境要素影響 ，壽命計算如下所示。 C 3 C 3 L= ( P ) • 50km= ( P ) • 31mile Eq.1.2 L : 額定壽命 C : 根本動額定負荷 P : 作业負荷 (2) 若考慮線性滑軌运用的環境要素 ，其壽命會隨運動的狀態、珠道外表硬度及系統溫度而有所變化。 3 3 • • f f C • • h t fh ft C L= ( fw • Pc ) • 50km= ( fw • Pc ) • 31mile Eq.1.3 L : 壽命 fh : 硬度係數 C : 根本動額定負荷 ft : 溫度係數 P : 作业負荷 C fW : 負荷係數 1-4-4 壽命係數 (1) 硬度係數( f ) h 線性滑軌的珠道接觸外表硬度要求在必定的硬化深度之硬度為HRC 58~62 ，假使硬度值無法達到要求的水準 ，將 會下降線性滑軌的額定負荷及运用壽命 ，此時動 、靜額定負荷為尺度表列值再乘以對應的硬度係數。HIW IN 出廠 之線性滑軌硬度要求皆為HRC 58以上 ，故fh 為1 。 Raceway hardness G99TC15-0902 5 (2) 溫度係數 ( f ) t 系統溫度會對線性滑軌的材質有影響，當溫度高於100o C時線性滑軌的額定負荷及运用壽命將會下降，此時 動、靜額定負荷為尺度表列值再乘以對應的溫度係數。由於有些配件是塑膠材質較不耐高溫，故建議运用溫度 應低於100oC 。 Temperature (3) 負荷係數 (f ) w 效果於線性滑軌的負荷，除裝置自身自重、起動中止時的慣性負荷及因懸置而產生的力距負荷外，還有因運動 伴隨而來的振動及衝擊負荷，此種型式的負荷並不简单算出，根據經驗依負荷狀況及运用速度，建議將計算負 荷值再乘以對應的負荷係數。 表格1.2 負荷係數 HG/EG/QH/QE/RG 系列 負荷狀況 运用速度 fw 無衝擊力且滑润 V ≦15 m/min 1 ~ 1.2 细小衝擊力 15 m/min ＜V ≦60 m/min 1.2 ~ 1.5 一般負荷力 60m/min＜V ≦120 m/min 1.5 ~ 2.0 受衝擊力及振動 V ＞120 m/min 2.0 ~ 3.5 MG 系列 負荷狀況 运用速度 fw 無衝擊力且滑润 V ≦15 m/min 1 ~ 1.5 一般負荷力 15m/min ＜V ≦60 m/min 1.5 ~ 2.0 受衝擊力及振動 V ＞60 m/min 2.0 ~ 3.5 1-4-5 壽命時間的換算 依运用速度及頻率將壽命距離換算成壽命時間。 3 C 3 3 • • L = L • 10 = ( P ) 50 10 hr Eq.1.4 h Ve • 60 Ve • 60 L : 壽命時間 (hr) h L : 壽命(km) Ve : 運行速率 (m/min) C/P : 負荷比 1-5 作业負荷 1-5-1 作业負荷計算 作业負荷的計算方法會隨實際受力分佈的景象而產生變化 ，例如承載物體自身重心的方位 、施力的方位 ， 以及運行時起動 、中止的加速度慣性力等皆對負荷的計算發生影響 ，因而运用線性滑軌時必須仔細考慮各 種負荷狀況 ，以計算出最正確的負荷值 。 6 G99TC15-0902 Linear Guideways General Information (1) 單個滑塊接受負荷 表格1.3 負荷計算例 單個滑塊負荷與 線性滑軌装备圖 受力分佈圖 U點的偏移量 W • • F F a F b P = + + + 1 4 4 2c 2d W • • F F a F b P = + + - 2 4 4 2c 2d W • • F F a F b P = + - + 3 4 4 2c 2d W • • F F a F b P = + - - 4 4 4 2c 2d P -P P -P 1 2 1 3 δx=-Zu• δy=-Zu• • , c• d K K P -P P -P F 1 2 1 3 • δz=- +Xu• -Yu • • d•K c K 4 K W • • F F a F b W • • P = + F + F a + F b 1 W F•l P = 4 + + 2c + 1 4 2d P = P = - 1 3 4 44 2c 2d 2d W • • F F a F b P = W + F + F•a - F•b 2 W • P = 4 + +F l - 2 4 2c 2d P = P = + 4 4 2c 2d 2 4 W 4F F•a F•b 2d P = + + + 1 W • • 4 F F a F b • W 4 2c • P = + F F a 2d 3 - + F b P = + P +P + 3 4 1 - 2 2c 4 2d δ 4 • x=-Zu 4 2c 2d W •• •• W F F a F F a F b F b P = + d•K + P = + + - 1 + 2 W • • 4 F F a F b 4 4 2c 4 2c 2d 2d P = W + F - F•a - F•b 4 δ + P y=0 4= 4 4 - 2c - 2d W F F•a • 4 4 2c F b • 2d P = W + F + F a - F•b P = + - + 2 P +P 3 P -P P -P 4 1 2 2c 4 2d 4 1 2 2c 1 3 • 4 2d δz=-Xu• P -P • P -P δx=-Zu 1 2 δy=-Zu 1 3 δx=-Zu• d••K , δy=-Zu• c• d K ,• • K W F• F a F b c• W d K •a • K P = + F - F + F b 3 + P = - - 4 4 P -P P -P F 4 2c 2d 1 3 4 1 2 4 2c 2d P -P F • P -P • 1 3 δz=- +Xu 1 2 -Yu • δz=- • +Xu• • -Yu c• • d K 4 KW h F• K • l • W P -P • • P -P • F F a F b c P ~P =- d K K
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