先用载荷和寿命把尺寸定下来,其他选项才有讨论的基础。线性滑轨(也叫线轨、线性导轨)的选型顺序是:载荷与寿命定尺寸,刚性与精度需求定预压与精度等级,最后挑滑块外形与配件。顺序颠倒的代价很具体,例如先挑了精度等级,才发现尺寸算出来寿命不够,整份规格要重来。数值取自 NSK 型录(Linear Guides),实际订购请依最新版确认。

NSK 型录列的基本动额定负荷依 ISO 14728 计算,以 50 km 额定寿命为基准(C50)。滚珠式滑轨的寿命估算可以用下面的式子:

L = 50 × (C50 / P)³

其中 L 为额定寿命(km),C50 为基本动额定负荷(N),P 为作用在单一滑块上的等效负荷(N)。

以 NH25AN 为例,型录的 C50 为 33 500 N,同尺寸的加长型 NH25BN 为 45 500 N。假设单一滑块的等效负荷 P 为 5 000 N,只作概算,不含硬度、温度、接触系数与负荷系数的修正:

型号C50(N)C50 / P立方寿命 L(km)
NH25AN33 5006.7约 300.8约 15 000
NH25BN45 5009.1约 753.6约 37 700

同样尺寸,换成加长滑块,寿命差了一倍以上。所以负荷偏重时,先看能不能用加长滑块或拉大滑块间距,再考虑整组升一个尺寸。实际设计要把冲击、偏载与各项系数一并算进去,这个算式只用来判断方向。

线性滑轨选型:NH 与 NS 的定位

项目NH 系列NS 系列
尺寸范围NH15 至 NH65NS15 至 NS35
方形断面滑块高型 AN/BN、低型 AL/BL低型 AL/CL
法兰型滑块EM/GMEM/JM
精度等级PH、PC(各尺寸可选等级请依型录确认)PH、PC(同左)
预压等级ZH、ZZ、ZT(各尺寸可选等级请依型录确认)ZH、ZZ、ZT(同左)

两系列最直接的差别是组装高度。型录上同样尺寸代号,NS 比 NH 矮:

尺寸NH 组装高度 H(mm)NS 组装高度 H(mm)
152824
203028
254033
304542

机台高度受限、负荷中等时,NS 的低型断面比较好安排。负荷大、需要较高刚性,或需要 35 以上的大尺寸时,看 NH。两系列的精度与预压等级名称相同,但各尺寸、各材质能选到哪几级要看型录,先决定外形,再谈精度与预压。

滑块型式:标准、加长、法兰

以 NH25 为例,NH25AN 的滑块长度为 79 mm,NH25BN 为 107 mm。加长滑块多了承载钢珠,额定负荷与力矩刚性一起上升,代价是占用更多行程。

滑块上有悬臂或偏心负载时,力矩大,优先考虑加长滑块,或把两轨四块的滑块间距拉开。行程短、安装长度吃紧时,用标准滑块并把尺寸提高一级,通常比较省空间。法兰型(EM、GM、JM)的滑块较宽,安装孔分布在两侧法兰上,台面接触面积较大,适合台面较宽、需要较大锁固面的设计;锁固方向(上锁或下锁)、高度与宽度请依型录尺寸表确认。

两轨四块是最常见的配置:两条滑轨平行,各装两个滑块,四个滑块围出一个支撑面,负荷与力矩由四块共同分担。单轨双块的结构简单,只在负荷轻、力矩小的小型轴才适合。滑块之间的间距越大,抵抗俯仰与偏摆力矩的能力越强,这是不加尺寸也能提高刚性的办法。

精度等级:PH 与 PC

NH、NS 型录列两级:高精度级 PH、普通级 PC,各尺寸可选等级请依型录确认。评价项目是组装高度与宽度的变动,以及滑块的运行平行度。运行平行度随轨长放大,型录数字如下:

轨长(mm)PH(µm)PC(µm)
500 至 6306.512
1 000 至 1 2508.516

PH 约为 PC 的一半。轴上有测头、雷射或视觉扫描,路径直线度会直接进入量测结果时选 PH。搬运、组装、一般辅助轴,安装面误差的贡献远大于滑轨等级差,PC 通常够用,省下的预算拿去把安装面磨好更有效。底座平面度与两轨平行度没做好,PH 的优势会被吃掉。

预压等级:ZT、ZZ、ZH

预压让滚道与钢珠先有微量弹性变形,适当预压可减少间隙并提高刚性;预压过大则会增加摩擦阻力与温升,也可能缩短寿命。

预压等级型录称呼型录建议使用条件
ZT微间隙两轨四块承受单向负荷、振动冲击小;精度要求不高、摩擦力要小
ZZ轻预压有力矩负荷;需要高精度运行
ZH中预压要求极高刚性;有振动与冲击负荷

以 NH25 为例,型录的预压量范围,ZZ 为 −5 至 0 µm,ZH 为 −9 至 −4 µm(负号表示预压量,即钢珠的弹性变形)。型录另注明,中预压 ZH 只提供特殊高碳钢制品,不锈钢滑轨选不到。精度与预压的组合有限制,并非每个尺寸都有全部等级。依型录,PH 搭 ZH 或 ZZ;PC 可搭 ZH、ZZ、ZT,但 NH15 至 25、NS15 至 30 没有 ZT,这些尺寸只能在 ZZ 与 ZH 之间选。型录改版或尺寸不同时以最新版为准。

多数自动化设备选 ZZ,能同时处理力矩与定位精度,又不会把安装误差全部转成摩擦。ZH 留给重切削、冲击负荷这类刚性优先的轴,并且要有相应的安装面精度,否则滑块会卡、会热、会提早磨损。ZT 适合轻载、多轨、要求滑顺的轴,驱动马达也能选小一点。

材质与表面处理:环境决定

标准材质是特殊高碳钢。NSK 型录指出 NH 系列(NH15 至 NH30)与 NS 系列都有不锈钢规格,适合容易生锈的环境。型录推荐的防锈处理有低温镀黑铬,以及在其上再做氟树脂含浸的氟系低温镀黑铬,膜厚约 1 至 2 µm,对精度的影响小,成本也低于不锈钢。用在清洗机、半导体与面板的湿式制程时,这两种处理比较常被讨论。

取舍在于:不锈钢的耐蚀最直接,但成本高;型录注明高精度级 PH 与中预压 ZH 都只提供特殊高碳钢制品,选了不锈钢就只剩 PC 搭 ZZ(部分尺寸另有 ZT,请依型录确认),且最大轨长较短(NH25 的单根最大轨长,碳钢为 3 960 mm,不锈钢为 3 500 mm);表面处理便宜,要注意脱脂时不能用有机溶剂,会伤害防锈膜。环境只是偶尔潮湿、没有药液接触,先从表面处理评估即可。

润滑与防尘:订购时就要决定

NH、NS 的型录标准润滑脂为 NSK Grease AS2,标配端封与底封。粉尘多、切削液飞溅、或希望长期免维护时,可加配 NSK K1 或 K1-L 润滑单元、双层端封、护罩。这些配件会让滑块总长增加,设计行程时要先留余裕。怎么选,见〈滚珠螺杆润滑指南:油脂选择、K1 与补脂周期〉。

选型常见的错误

  • 只写尺寸,不写预压与精度。 同一个尺寸,ZZ 与 ZH 的摩擦与刚性差很多,订购时务必写明。
  • 预压与安装面精度不匹配。 底座没磨平就用 ZH,滑块容易发热卡滞。
  • 忘了配件增加的长度。 润滑单元与双层端封会让滑块变长,行程要预留。
  • 以静态负荷代替动态寿命。 有加减速与冲击的轴,要看等效负荷,静止时的重量只是起点。

询价时请准备的资料

滑轨多半与滚珠螺杆(丝杆)成对使用,对位与预压的协调见〈滚珠螺杆+线性滑轨怎么搭:单轴模组设计要点〉。询价时提供行程、负载重量与重心位置、加速度、安装姿态(水平、垂直、倒挂)、定位精度与环境条件,我们可以协助核对尺寸、滑块与预压。官网可查 NH25AN、NH25BN、NS25CL,其他型号从 NSK 品牌总览进入。

负荷条件和行程确定后,填询价表单,我们依 NH/NS 的型录条件回复可用型号。