数控雕刻机的圆形导轨与方形导轨

CNC直线导轨套件

线性导轨（数控线性导轨套件）有两种类型：圆形导轨和方形导轨。圆形导轨最早出现，但其精度不如方形导轨组件。然而，对于重载垂直运动，圆形导轨是首选导轨。应用将决定应使用哪种类型的线性导轨。选择其中一种导轨的标准与选择其他导轨的标准没有区别数控雕刻机组件、设计规范、定义系统目标，并从过去的成功和错误中吸取教训。但任何缺乏经验的人都可能犯简单的错误。最好的起点是学习每种类型的基本特性，并采用与应用程序最相关的特性。

在过去的 60 年里，圆形导轨技术已经发展到近乎完美，而方形导轨的寿命也已达到相当可观的 35 年左右。大多数固有的设计问题早已得到解决，材料也得到了显著改进。大多数问题都源于误用和误用。误用的主要原因往往来自个人偏见、错误计算或审美判断。也就是说，相对较小的线性轮廓导轨可能完全符合负载、速度和所有其他要求。但当安装到数控雕刻机上时，敏锐的眼睛可能会发现它看起来很脆弱，而且尺寸绝对太小。

一种类型的线性滚珠衬套导轨并不一定比另一种更容易使用。选择完全取决于具体应用。一般来说，特定的方形导轨组件的成本可能高于圆形导轨组件，但应解决包括系统成本在内的其他要求。至少，这些项目包括准备数控雕刻机床或其他安装表面以容纳导轨系统的费用、所需的定位精度以及可用于线性导轨子系统的空间。

但在动笔写纸或用鼠标敲击键盘之前，请先决定是使用方形还是圆形导轨。当应用程序看起来可以采用任何一种方式时，请对最关键的质量和需求进行初步计算，以确保没有遗漏任何内容。

圆形导轨

在方形导轨问世之前，人们期望圆形导轨能够满足所有线性运动控制情况。多年来，它们的表现令人钦佩。但是，随着数控雕刻机工具用户对某些工作要求更严格的公差，数控雕刻机制造商更倾向于使用传统的铣削和刮削方法。当外围设备无法满足公差要求时，会使用圆形导轨。

这并没有降低圆形导轨的价值或使其过时。它们的优点仍然大于缺点。圆形导轨通常比方形导轨便宜，但这不应成为任何应用的主要标准。方形导轨实际上可能会发生故障，而圆形导轨可以平稳无瑕地工作。例如，圆形导轨在大多数情况下对错位、平行度差和力矩载荷的容忍度更高数控机床并且允许轨道 h8 的变化比方轨系统更大。不过，它们可以保持 0.01 英尺的 10 英寸的直线度。此外，小滚动元件往往使圆轨运动更平稳。

为了达到这种精度，它们只需要在末端支撑，尽管许多轨道在几个点或整个长度上都有支撑。这样轨道就可以毫无问题地跨越间隙，并安全地从一个支撑点移动到另一个支撑点。当圆形轨道系统只需要一个轴轨组件（一个轴、一个轨道或一个轴和 2 个带 4 个枕块的端部支撑块）时，准备成本低于方形轨道。通常，圆形轨道的安装相对简单且便宜。而且维修和更换也更适合圆形轨道。

方形导轨（型材导轨）

方形导轨最初是为数控雕刻机工具行业设计的。它们取代了集成式滑架和导轨，后者是数控雕刻机床身的组成部分。尽管如此，某些传统滑架和导轨在某些情况下仍能提供高精度。

方形导轨更坚硬、更坚固，但需要直线、连续的支撑，对平整度和平行度有严格要求；它们无法跨越圆形导轨可以跨越的间隙。然而，由于数控雕刻机制造商习惯于精密床身准备，所以这不是问题。

方形导轨的主要优势是其定位精度高，在铣削和磨削中尤其有用。它们在 0.0002 英尺的长度上保持 0.001 到 10 英寸的精度，而圆形导轨的精度为 0.01 英寸。它们还可以处理力矩负载的精度；单个滑架和单个导轨比圆形导轨更适合这种情况。而且由于方形导轨可以高精度地处理更高的负载，因此大多数用户可以容忍比圆形导轨略低的平滑度。

虽然单个型材导轨单元可以承受力矩载荷，但并不总是建议这样做。应使用 2 个或更多单元来平衡载荷或分配重量。但是，一个方形导轨可以适合需要 2 个圆形导轨的地方。型材导轨也更易于使用，因为它们需要一个或两个部件来组成完整的系统，即导轨和滑架，而圆形导轨则包含更多部件。

方形导轨具有更高的负载寿命容量，负载寿命容量定义为设备在特定距离内承受的负载量。例如，20,000 N 的容量基于 100 公里的额定值。由于导轨不滑动而是滚动接触，因此磨损最小。方形导轨的寿命主要取决于其所在的环境类型、适当的润滑和维护。在其他所有条件相同的情况下，圆形导轨的耐受性更强，因为它们的包装不那么紧密，对细微变化不那么敏感。方形导轨对碎屑和冲击更敏感，尽管它具有更高的容量和抗冲击能力，但不会影响滚动元件。

考虑到磨损方面，圆轨还具有天然的碎屑脱落能力。方轨轨道隐藏在无法直接进入的地方，但不一定能脱落碎屑。在对轨道施加流体驱动力的情况下，圆轨的性能优于方轨，因为方轨可能会在某些轨道区域上拉起，而圆轨上拉的趋势较少。

在开始数控雕刻机组件布局之前，选择要使用的导轨类型。圆形和方形导轨之间的安装装置截然不同，工作区域也不同，物理尺寸的额定负载也不同。如果以后不行，从一个品牌的方形导轨换到另一个品牌的方形导轨比从方形导轨换成圆形导轨更容易。所有制造商都遵循允许某种类型内一定程度的互换性的标准。

效率可以从两个角度考虑。一个角度是摩擦阻力系数；摩擦越小，输入能量越低。圆形导轨阻力稍低，其动作比异型导轨更平稳。但那些使用方形导轨的人通常会提供足够的动力来充分驱动导轨。有些人还从整体外壳或尺寸的角度考虑效率。较小的异型导轨可提供较小的体积，以承受更高的负载。

冲击载荷与瞬时冲击载荷一样，会影响所有轴承。方形导轨可以承受比小型导轨更重的载荷，因此冲击更像是冲击力。但在所有情况下，导轨都按正常载荷的承载能力缩放，而不是冲击载荷。除了在重型机械中，冲击仅由于纯质量而更具破坏性之外，没有显著差异。

方形导轨带有一些关键的环境降额，通常在制造商手册或设计指南中找到。不幸的是，设计师在圆形或方形导轨的初始设计阶段没有足够频繁地考虑降额因素。例如，美国的标准占空比额定值为 2 万英寸或 50 公里，欧洲市场为 100 公里或 4 万英寸。通常，标准建议轨道系统的使用时间不超过 25 或 50% 额定容量。

它在目录中

大多数线性滚柱和滚珠导轨目录都包含尺寸和安装的应用和工程信息。这些参数是确定动态载荷和力矩额定值以及静态载荷和力矩容量（包括俯仰、滚动和偏航）所必需的。目录还包括用于根据动态载荷额定值和施加的动态载荷输入参数确定轴承行程寿命的图表和方程式。每个线性滚柱或滚珠轴承导轨都有独特的速度、加速度、公差、预紧力和温度范围规格。

型材导轨最关键的参数是运行平行度，其精度在几微米范围内。如果不严格遵守，轴承会过早卡住或磨损。为了防止出现此类问题，安装指南会仔细涵盖安装表面准备、安装公差和导轨平行度等主题。安装数据还包括导轨垂直偏移、垂直和横向滑架偏移、安装孔公差、螺栓扭矩和对接接头。

圆形直线球衬套轴承需要考虑与型材导轨相同的因素，此外还需要考虑一些其他因素。极坐标图显示了动态负载能力，而曲线图则显示了负载寿命。圆形导轨的低摩擦系数为 0.001，并且具有自调心规格，因此无需考虑型材导轨中常见的降额系数。

应用

虽然方形直线导轨的成本曾经比圆形技术高出许多倍，因为设计中固有的大量磨削要求，但新的制造技术和规模经济鼓励工程师考虑在更广泛的应用领域使用方形导轨。方形直线导轨现在可以在许多曾经仅由圆形导轨支持的相同应用中找到。

大多数应用都可以使用圆形或方形导轨。但有些导轨被另一种类型取代，因为前者不起作用。医院病床就是这种情况，设计师一开始使用方形导轨进行轴向移动。但组件会卡住；除非松开安装螺栓以允许一些扭转运动，否则它无法自由移动。床架的刚性根本不够。方形导轨必须用自对准圆形导轨代替。

另一个存在类似问题的应用是自动售货机中安装在金属板底座上的方形导轨。由于金属板安装不够牢固，导轨无法正常工作。有时，设计师从不同的角度看待同一个问题时会重复犯错。熟悉圆形导轨的工程师可能会倾向于坚持使用它们，而不管应用是否需要更高的精度。但大多数应用不需要方形导轨的精度。他们应该考虑整个系统的成本，而不仅仅是组件成本。这意味着要考虑所有外围设备和扩展问题的要求。

圆轨的负载/寿命图表示给定滚珠衬套轴承的极限负载。在图表中输入负载最重的轴承的最大负载和所需的行程寿命，并找出两条线的交点。交点上方或右侧的区域表示最合适的轴承。

轴承的方向或施加载荷的方向决定了滚珠衬套轴承的动态载荷能力。校正系数是根据施加载荷的方向相对于极坐标图中所示的轴承滚珠轨道的方向得出的。要确定载荷能力，请将校正系数 K 乘以特定单元的动态载荷能力。

在特定情况下，方形导轨比圆形导轨表现更好，因为特定情况下需要更高的刚度和更紧凑的负载能力（相对于尺寸而言）。一般而言，异型导轨具有更高的负载能力、精度和刚度，以及更长的使用寿命。

方形导轨需要具有极其平行的表面，以防止卡住和过度磨损。它们往往呈现出安装表面的形状，因此必须严格遵守平行度规范。

圆形导轨与方形导轨一览

专栏	圆形导轨	方形导轨
费用	一般较便宜	通常比较贵
安装	更容易对齐和安装	需要更精确的对准和安装
运动平滑度	运动更平稳，摩擦更小	运动良好，但摩擦力可能比圆形轨道大
负载能力	承载能力较低	更高的承载能力
稳定性	在重载下会偏转或弯曲	更稳定，重载下不易弯曲
耐用性	频繁连续使用时耐用性较差	更耐用，适合重型应用
应用程序	非常适合较轻且要求较低的应用	非常适合重型和高精度应用
多功能	有各种直径和长度可供选择	有多种尺寸可供选择，但通常更坚固
维护	设计简单，更易于维护	由于复杂性可能需要更多维护
平台精度	高负载情况下精度较低	精度高，适合精密加工
灵活性	更灵活，可以适应轻微的错位	灵活性较差，需要精确对准

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