直線導軌副在大型兩板注塑機中板運動上的應用

石則滿

(寧波力勁機械有限公司，浙江 寧波 315807)

長期以來，直線導軌已廣泛地應用于現(xiàn)代數(shù)控機床［1］，大型磨床及國外精密加工中心的定位精度非常準確且精度高，運動時的噪聲也很小，特別是磨床運行時可以說是靜音，啟動與停止也及時，無任何滯后現(xiàn)象，說明啟動、停止時的阻力很小。位置精度準確無誤。什么原因得到如此效果呢？一方面是人工智能控制技術進步所致；另一方面是整個系統(tǒng)的摩擦阻力很小，也就是整個運動摩擦系統(tǒng)的摩擦系數(shù)很低。整個運動系統(tǒng)的運動是由線性導軌作為支撐，才有如此以上的特點。作為一種典型的導向承載部件，滾動直線導軌副具有承載能力強、摩擦系數(shù)小、進給速度快、定位精度和重復定位精度高等優(yōu)點，目前已廣泛應用于自動化和裝備制造業(yè)領域［2］。能否將線性導軌的優(yōu)點運用到注塑機的開、合模運動中呢？向這個目標思考，公司從2006年開始就開始研究線性導軌支撐注塑機運動中板，用以替代傳統(tǒng)的注塑機中板運動支撐結構——摩擦系數(shù)小、又有良好潤滑作用的銅板與鋼帶運動副，經(jīng)過十多年的摸索、試驗，現(xiàn)在線性導軌副在本司廣泛應用于注塑機中板運動中，這中間的經(jīng)歷、收獲，藉為行業(yè)的應用提供借鑒作用。

1 線性導軌運用注塑機柱架運動的型號選擇

線性導軌作為運動導向時，由于摩擦方式為滾動摩擦，不僅摩擦系數(shù)是滑動摩擦的五十分之一，且不會有打滑現(xiàn)象，定位精度可達um級，只要潤滑充分，這種定位精度就會長期維持。由于摩擦系數(shù)很低，驅(qū)動力就可以減小，電力消耗就會降低，從而達到節(jié)能的目的，并且就此特點還可以適用于高速運行的機器行業(yè)。鑒于注塑機鎖模工藝的特點：慢-快-慢的特點，線性導軌若能用于注塑機中板運動，是個不錯的選擇。

如何確定線性導軌的型號呢？

首先要選擇適合運用于場所的線性導軌，并適應安裝空間要求的線性導軌，初步設定要達到目標的線性導軌。所謂適用場所是指適用于不同行業(yè)，不同精度；所謂安裝空間是指所用場所空間尺寸的限制，行程所限；其次粗略設計空間布局方式，滑塊數(shù)量，負荷方向及種類；再次計算線性導軌適用壽命，壽命是滾動直線導軌副的重要性能指標［2］。計算線性導軌靜態(tài)安全系數(shù)，靜態(tài)安全系數(shù)與基本靜額定負荷大小有最直接的關系；與滑塊的數(shù)量成正比；與工作負荷成反比。為了讓使用者有可以接受的、足夠的線性導軌使用壽命時間，對兩板式注塑機中板運動來說，靜安全系數(shù)該如何取合適的數(shù)值呢？運動周期越短取值越大，壽命才會更長。最后需要核算線性導軌的行駛壽命距離，此行駛壽命距離與所選用線性導軌結構滾動體有關，滾動體是滾珠還是滾柱，其行駛壽命距離行駛的距離是不一樣的。滾動體是滾柱的行駛壽命距離就會更長，線性導軌的行駛壽命距離與滾動體的硬度有關，滾動體硬度越高壽命越長，行駛壽命距離就越長；滾動體運動時的溫度越低，滾動體受溫度的變化越小，體積變化就小從而磨耗、非正常損壞就少，從而壽命越長；行駛壽命距離就越長；線性導軌行駛壽命距離長、短，也就是線性導軌壽命的長短與外部工作負荷狀態(tài)也有關，外部工作負荷運行速度越低，運動中受沖擊越小，運行越平穩(wěn)，線性導軌運行壽命距離就越長；反之壽命就越短。同時線性導軌的壽命還與線性導軌滾動體及滾動體道的加工精度有關，加工精度偏差越小，其運行的壽命就長，反之就逐級下降。線性導軌的壽命距離還與多個滑塊裝配后，整個滾道的接觸狀態(tài)有關，理想的狀態(tài)是全部滾動體在滾道的正中心軸方向上接觸運動，滾動體在滾道中運動不受任何擠壓，其運行壽命最長。實際是做不到，因多個滑塊的裝配，裝配的過程中導致個別滑塊滾動體在滾道中一側接觸很緊，個別滑塊滾動體在滾道中一側接觸又很松；這樣以來，導致線性導軌在運行時有的滑塊滾柱體在滾道局部受力很大，有的受力很小，致使線性導軌的壽命與實際計算出的有一定誤差，但是線性導軌在運行中其壽命的長短多與這些因素密切有關。線性導軌使用于注塑機柱架中板運動時必須考慮，預判選型時作為選型設計者，一定得引起足夠的重視與規(guī)避，這樣在選型上就有先天性的保證線性導軌在使用中的壽命。

按供應商提供的基本靜額定負載：一般運行狀況時，靜安全系數(shù)取1～3；受沖擊、振動運行時，靜安全系數(shù)取3～5；額定壽命行駛距離，額定壽命時間的計算選取線性導軌型號。按此標準計算出的線性導軌為超高剛性、超重負荷的滾柱型線性導軌，型號為RGW45、RGW55就能滿足鎖模力750～1 600 t兩板式注塑機中板運動中，再考慮其潤滑、防塵要求，選出的線性導軌在實際使用時其線性導軌使用壽命很短，分別在半年到兩年之內(nèi)就損壞了。損壞的現(xiàn)象為滑塊兩端塑料端蓋爆裂（圖1），滾柱體散落其線性導軌兩邊，滑塊頂部下落完全與線性導軌頂面接觸；造成線性導軌頂面拉痕很深，線性導軌側面滾道產(chǎn)生了魚鱗狀痕跡，且線規(guī)頂面拉痕遠大于線性導軌側面拉痕深度。

圖1 線性滑塊端蓋爆裂

又因為線性導軌滑塊頂面與線性導軌頂部上頂面是間隙配合，間隙量在1～2 mm，由此初步判斷為線性導軌型號偏小，其本身承載力不夠所致。其本身線性導軌選型偏小，需要提高線性導軌的安全系數(shù)。提高線性導軌靜安全系數(shù)后，線性導軌型號相應增加了一個規(guī)格，更改后相應的線性導軌在實際兩板注塑機中板運行中，其使用年限變長了；但是相對于機型越小，注塑機生產(chǎn)周期越短，這種線性導軌使用壽命時間就越短。再次查看損壞線性導軌，發(fā)現(xiàn)是注塑機非操作側線規(guī)滑塊外側，線規(guī)滑塊端蓋爆裂，滾柱體散落，滾柱體柱體上明顯有黏附灰塵。通過現(xiàn)場觀察客戶使用塑料為回收料為主，加料時采用開放式螺桿旋轉(zhuǎn)上料機，料斗又無遮蓋，當上料時大量粉末塑料灰塵散落在機臺上，機臺積累了厚厚一層塑料灰，此機大約運行在一年不到，線規(guī)損壞時正值夏天，操作者使用工業(yè)落地風扇降溫，導致塑料灰塵大量積聚在非操作側中板線規(guī)外側，雖然線規(guī)兩端有伸縮護套防護，但是多組線規(guī)滑塊安裝相鄰的間隙很大，無防護，導致大量塑料粉塵積累在兩滑塊中間空隙，又在風扇風力無法達到的地方，塑料粉塵黏連在線規(guī)側面導致滾動體黏附，塑膠粉一旦黏上不會自動掉下，只能越黏越多，越黏越大，導致滾動體無法自動滾動，相互擠壓，線規(guī)滑塊端蓋爆裂。

2 線性導軌運行中的防塵

線性導軌容易損壞，或者說其使用的壽命很短，主要損壞的80%是滑塊兩端的端蓋爆裂，通過分析滑塊沿導軌副方向的精度變化，得出相對于磨粒磨損，黏著磨損對導軌副精度的影響更大［3］。導致滾動體散落出來，所以說線性導軌運動的損壞一定選型就出了問題，二是防塵考慮不周造成的。

線性導軌在注塑機使用回料的場所，防塵尤為重要，特別是膠料的黏附性，黏上也就很難自動脫落，需要防止灰塵進入線性導軌滑塊滾柱體滑道內(nèi)尤為重要。雖線性導軌滑塊自身增加了端部、底部和內(nèi)部防塵擋板，但是在運動中外部膠粉極易進入滾道內(nèi)，黏附在滾動體表面上，導致線性導軌壽命縮短，除了線性導軌本身的防護外，線規(guī)裸露在外的滾道及多組滑塊間間隙也需要增加防護（圖2）、（圖3），這樣才能延長線性導軌使用壽命。

圖2 多組滑塊組合間間隙

圖3 線規(guī)防塵

3 線性導軌運動中的潤滑

研究滾動直線導軌副在不同潤滑油量和速度下的潤滑狀態(tài)以及最小油膜厚度，表明油量和速度對滾動直線導軌副摩擦力有較大的影響［4］。線性導軌除了防護、防塵之外，是否還有一種方法，即使灰塵進入了線性導軌的滾道中，也能在自我運動中，自動清除掉呢？帶著這種期望與目標尋找方法，線性導軌的潤滑是否具備這種效能？由此分別使用潤滑脂和潤滑油作為潤滑介質(zhì)試用，試驗的結果是潤滑脂的優(yōu)點是保持性比較好，實際應用中對使用者來說使用油脂成本低，但是潤滑脂的高黏附性及極不易掉落，也往往容易黏上周圍雜塵，一旦進入線性導軌滾道內(nèi)將加速線性導軌損壞。再加上國內(nèi)注塑機使用者對注塑機使用環(huán)境不太重視，特別是中板運動的滑腳處，大部分堆積了很多料頭及臟污。而潤滑油就有很好的流動性，相當于沖洗作用，所以選用潤滑油作為潤滑介質(zhì)潤滑線性導軌滑塊是理想的目標(圖4)。潤滑油良好的流動性也帶來了保持性不足，帶來的是需要頻繁使用潤滑油潤滑，運行成本增加，但是對線性導軌的壽命是延長提高的。

圖4 線規(guī)潤滑

4 線性導軌運行中預緊力的選取

沒有預緊力的情況下，線性導向面間會存在間隙，導致導軌副剛性不足，快速起停時產(chǎn)生沖擊振動，且噪聲增大等不利的影響。因此，為了清除間隙，提高動態(tài)特性，必須對滾珠直線導軌副添加一定的預緊力［5］。

適當增加預緊等級，可降低滾珠直線導軌副運動過程中的振動特性及噪聲，對運動精度的改變不明顯，但會增加摩擦力。因此工程應用中應根據(jù)使用工況選擇合適的預緊等級［6］。

線性導軌滑塊本身的預緊力對線規(guī)在注塑機運動中壽命也是至關重要的，注塑機工藝是慢-快-慢，開、合模的沖擊也大，要求線性導軌運行精度要達到加工中心、磨床的精度，也是一種理想狀態(tài)。根據(jù)注塑機工藝要求，線性導軌的預緊力以間隙配合為好，這樣既能達到性能、精度在注塑機上運用的精度，又保證了注塑機開、合模受沖擊的特點，線性導軌的壽命自然就會延長。

5 結論

綜上所述可知：線性導軌選型時，靜安全系數(shù)fsL＞9.5以上，并且其運行速度越快線性導軌靜安全系數(shù)越需要取大值，線性導軌的壽命更長；線性導軌運行中防塵至關重要，是其線性導軌壽命長短的重要影響因數(shù)；線性導軌支撐運行運用于注塑機中板上導向的線性導軌，其線性導軌的潤滑非常重要，可以有效延長線性導軌使用壽命；線性導軌的使用于注塑機機中板運動中的預緊力以間隙為佳。