線性滑軌選型指南:精度等級、預壓等級、滑塊型式,以 NH/NS 系列為例

先用載荷和壽命把尺寸定下來,其他選項才有討論的基礎。線性滑軌(也叫線軌、線性導軌)的選型順序是:載荷與壽命定尺寸,剛性與精度需求定預壓與精度等級,最後挑滑塊外形與配件。順序顛倒的代價很具體,例如先挑了精度等級,才發現尺寸算出來壽命不夠,整份規格要重來。數值取自 NSK 型錄(Linear Guides),實際訂購請依最新版確認。
NSK 型錄列的基本動額定負荷依 ISO 14728 計算,以 50 km 額定壽命為基準(C50)。滾珠式滑軌的壽命估算可以用下面的式子:
L = 50 × (C50 / P)³
其中 L 為額定壽命(km),C50 為基本動額定負荷(N),P 為作用在單一滑塊上的等效負荷(N)。
以 NH25AN 為例,型錄的 C50 為 33 500 N,同尺寸的加長型 NH25BN 為 45 500 N。假設單一滑塊的等效負荷 P 為 5 000 N,只作概算,不含硬度、溫度、接觸係數與負荷係數的修正:
| 型號 | C50(N) | C50 / P | 立方 | 壽命 L(km) |
|---|---|---|---|---|
| NH25AN | 33 500 | 6.7 | 約 300.8 | 約 15 000 |
| NH25BN | 45 500 | 9.1 | 約 753.6 | 約 37 700 |
同樣尺寸,換成加長滑塊,壽命差了一倍以上。所以負荷偏重時,先看能不能用加長滑塊或拉大滑塊間距,再考慮整組升一個尺寸。實際設計要把衝擊、偏載與各項係數一併算進去,這個算式只用來判斷方向。
線性滑軌選型:NH 與 NS 的定位
| 項目 | NH 系列 | NS 系列 |
|---|---|---|
| 尺寸範圍 | NH15 至 NH65 | NS15 至 NS35 |
| 方形斷面滑塊 | 高型 AN/BN、低型 AL/BL | 低型 AL/CL |
| 法蘭型滑塊 | EM/GM | EM/JM |
| 精度等級 | PH、PC(各尺寸可選等級請依型錄確認) | PH、PC(同左) |
| 預壓等級 | ZH、ZZ、ZT(各尺寸可選等級請依型錄確認) | ZH、ZZ、ZT(同左) |
兩系列最直接的差別是組裝高度。型錄上同樣尺寸代號,NS 比 NH 矮:
| 尺寸 | NH 組裝高度 H(mm) | NS 組裝高度 H(mm) |
|---|---|---|
| 15 | 28 | 24 |
| 20 | 30 | 28 |
| 25 | 40 | 33 |
| 30 | 45 | 42 |
機台高度受限、負荷中等時,NS 的低型斷面比較好安排。負荷大、需要較高剛性,或需要 35 以上的大尺寸時,看 NH。兩系列的精度與預壓等級名稱相同,但各尺寸、各材質能選到哪幾級要看型錄,先決定外形,再談精度與預壓。
滑塊型式:標準、加長、法蘭
以 NH25 為例,NH25AN 的滑塊長度為 79 mm,NH25BN 為 107 mm。加長滑塊多了承載鋼珠,額定負荷與力矩剛性一起上升,代價是占用更多行程。
滑塊上有懸臂或偏心負載時,力矩大,優先考慮加長滑塊,或把兩軌四塊的滑塊間距拉開。行程短、安裝長度吃緊時,用標準滑塊並把尺寸提高一級,通常比較省空間。法蘭型(EM、GM、JM)的滑塊較寬,安裝孔分布在兩側法蘭上,台面接觸面積較大,適合台面較寬、需要較大鎖固面的設計;鎖固方向(上鎖或下鎖)、高度與寬度請依型錄尺寸表確認。
兩軌四塊是最常見的配置:兩條滑軌平行,各裝兩個滑塊,四個滑塊圍出一個支撐面,負荷與力矩由四塊共同分擔。單軌雙塊的結構簡單,只在負荷輕、力矩小的小型軸才適合。滑塊之間的間距越大,抵抗俯仰與偏擺力矩的能力越強,這是不加尺寸也能提高剛性的辦法。
精度等級:PH 與 PC
NH、NS 型錄列兩級:高精度級 PH、普通級 PC,各尺寸可選等級請依型錄確認。評價項目是組裝高度與寬度的變動,以及滑塊的運行平行度。運行平行度隨軌長放大,型錄數字如下:
| 軌長(mm) | PH(µm) | PC(µm) |
|---|---|---|
| 500 至 630 | 6.5 | 12 |
| 1 000 至 1 250 | 8.5 | 16 |
PH 約為 PC 的一半。軸上有測頭、雷射或視覺掃描,路徑直線度會直接進入量測結果時選 PH。搬運、組裝、一般輔助軸,安裝面誤差的貢獻遠大於滑軌等級差,PC 通常夠用,省下的預算拿去把安裝面磨好更有效。底座平面度與兩軌平行度沒做好,PH 的優勢會被吃掉。
預壓等級:ZT、ZZ、ZH
預壓讓滾道與鋼珠先有微量彈性變形,適當預壓可減少間隙並提高剛性;預壓過大則會增加摩擦阻力與溫升,也可能縮短壽命。
| 預壓等級 | 型錄稱呼 | 型錄建議使用條件 |
|---|---|---|
| ZT | 微間隙 | 兩軌四塊承受單向負荷、振動衝擊小;精度要求不高、摩擦力要小 |
| ZZ | 輕預壓 | 有力矩負荷;需要高精度運行 |
| ZH | 中預壓 | 要求極高剛性;有振動與衝擊負荷 |
以 NH25 為例,型錄的預壓量範圍,ZZ 為 −5 至 0 µm,ZH 為 −9 至 −4 µm(負號表示預壓量,即鋼珠的彈性變形)。型錄另註明,中預壓 ZH 只提供特殊高碳鋼製品,不鏽鋼滑軌選不到。精度與預壓的組合有限制,並非每個尺寸都有全部等級。依型錄,PH 搭 ZH 或 ZZ;PC 可搭 ZH、ZZ、ZT,但 NH15 至 25、NS15 至 30 沒有 ZT,這些尺寸只能在 ZZ 與 ZH 之間選。型錄改版或尺寸不同時以最新版為準。
多數自動化設備選 ZZ,能同時處理力矩與定位精度,又不會把安裝誤差全部轉成摩擦。ZH 留給重切削、衝擊負荷這類剛性優先的軸,並且要有相應的安裝面精度,否則滑塊會卡、會熱、會提早磨損。ZT 適合輕載、多軌、要求滑順的軸,驅動馬達也能選小一點。
材質與表面處理:環境決定
標準材質是特殊高碳鋼。NSK 型錄指出 NH 系列(NH15 至 NH30)與 NS 系列都有不鏽鋼規格,適合容易生鏽的環境。型錄推薦的防鏽處理有低溫鍍黑鉻,以及在其上再做氟樹脂含浸的氟系低溫鍍黑鉻,膜厚約 1 至 2 µm,對精度的影響小,成本也低於不鏽鋼。用在清洗機、半導體與面板的濕式製程時,這兩種處理比較常被討論。
取捨在於:不鏽鋼的耐蝕最直接,但成本高;型錄註明高精度級 PH 與中預壓 ZH 都只提供特殊高碳鋼製品,選了不鏽鋼就只剩 PC 搭 ZZ(部分尺寸另有 ZT,請依型錄確認),且最大軌長較短(NH25 的單根最大軌長,碳鋼為 3 960 mm,不鏽鋼為 3 500 mm);表面處理便宜,要注意脫脂時不能用有機溶劑,會傷害防鏽膜。環境只是偶爾潮濕、沒有藥液接觸,先從表面處理評估即可。
潤滑與防塵:訂購時就要決定
NH、NS 的型錄標準潤滑脂為 NSK Grease AS2,標配端封與底封。粉塵多、切削液飛濺、或希望長期免維護時,可加配 NSK K1 或 K1-L 潤滑單元、雙層端封、護罩。這些配件會讓滑塊總長增加,設計行程時要先留餘裕。怎麼選,見〈滾珠螺桿潤滑指南:油脂選擇、K1 與補脂週期〉。
選型常見的錯誤
- 只寫尺寸,不寫預壓與精度。 同一個尺寸,ZZ 與 ZH 的摩擦與剛性差很多,訂購時務必寫明。
- 預壓與安裝面精度不匹配。 底座沒磨平就用 ZH,滑塊容易發熱卡滯。
- 忘了配件增加的長度。 潤滑單元與雙層端封會讓滑塊變長,行程要預留。
- 以靜態負荷代替動態壽命。 有加減速與衝擊的軸,要看等效負荷,靜止時的重量只是起點。
詢價時請準備的資料
滑軌多半與滾珠螺桿(絲桿)成對使用,對位與預壓的協調見〈滾珠螺桿+線性滑軌怎麼搭:單軸模組設計要點〉。詢價時提供行程、負載重量與重心位置、加速度、安裝姿態(水平、垂直、倒掛)、定位精度與環境條件,我們可以協助核對尺寸、滑塊與預壓。官網可查 NH25AN、NH25BN、NS25CL,其他型號從 NSK 品牌總覽進入。
負荷條件和行程確定後,填詢價表單,我們依 NH/NS 的型錄條件回覆可用型號。
FAQ
兩軌四塊,預壓一定要選 ZZ 嗎?
不一定。型錄對 ZT 的說明是兩軌四塊、單向負荷、振動衝擊小時可用。有力矩負荷或要高精度運行時選 ZZ。
舊型號滑軌要換新,怎麼找替代?
舊型號替代請洽詢,附上舊型號、尺寸與使用條件,我們幫您核對現行對應型號。
水平安裝與垂直安裝,選型有差嗎?
安裝姿態會改變負荷的方向。倒掛時滑塊承受的是反向(拉離滑軌方向)的負荷;垂直安裝時,重量從徑向轉成沿軸方向,重心偏移的部分會變成力矩。兩種情況都要依實際負荷方向重算等效負荷與壽命,有力矩時預壓傾向 ZZ 以上。
