台灣工具機暨零組件工業同業公會於109 年8 月成立「技術委員會」，與財團法人精密機械研究發展中心(PMC) 積極合作，推動工具機產業通用標準，並將工具機產業規範公告於臺灣工具機產業推薦規範資訊平台，讓工具機及零組件廠商應用。目前資訊平台已陸續公告22 項產業標準，本文將針對線性滑軌產業規範，分析其制訂產業標準之相關原理或原則，以增加產業規範之理論基礎。
▋ 線性滑軌之原理/原則分析
1. 線性滑軌的型式與特性
圖一、四列式鋼珠等負荷設計與二列鋼珠哥德式設計優劣比較
如上圖一所示，當鋼珠每旋轉一周僅內側接觸圓的周長(πd1) 與外側接觸圓的周長(πd2)之差產生了滑動（這種滑動稱為差動滑動），這兩者之差如增大，鋼珠則邊滑動, 摩擦係數會增大數十倍，因而摩擦阻力急遽增大。因此，即使在加有預壓方式或工作負荷時，鋼珠在負荷方向以兩點接觸，d1 與d2 相差極小，因而差動滑動小，進而可以得到很好的滾動運動，提高效率。
圖二、阻尼因子比較
圖三、鋼珠溝槽形狀
圖四、哥德式、圓弧溝槽的負仔狀況
圖五、滾珠螺桿和線性滑軌的鋼珠移動軌跡
- 工具機設計者根據工具機的類型和用途選用各種不同形式的導引導軌，其不同形式的導引導軌主要分為滑動導引、滾動導引和靜壓導引等形式。其中滑動導引為歷來最被廣泛使用的導引方式。滑動導引具有優異衰減能量，因此，對於工具機之顫振具有抑制效果。滑動導引主要用於中小型的工具機。滾動導引又分為直線滾柱導引和滾珠導引，其摩擦係數小，有利高加減速及高速度進給系統設計，當質量大的物體也可能以較小力量移動，故可簡潔地建構驅動系統。結構體中導引結構對於動特性的影響很大，各家廠商無不致力於技術上的改善，國內工具機廠商常用導引導軌有滑動導引與滾動導引，兩者各有優劣，若期待在衰減性上有所表現時，大多會選擇滑動導引，但是，若考慮成本與保養維修性，則會選用滾動導引；若就其高速性能與高反應性看來，隨著工具機的高速化，採用滾動導引的日漸增多，為目前國內工具機業者最被廣泛使用的導引方式。
- 線性滑軌係一種高精密滾動傳動元件，藉由鋼珠或滾柱在滑塊與滑軌之間做無限滾動循環接觸，負載平台能沿著滑軌輕易地以高精度作線性運動。與傳統的滑動接觸傳動相比較，滾動傳動的摩擦係數可降低至原來的1/50 左右，由於起動的摩擦力大幅減少，故能輕易達到μm 級進給及定位。線性滑軌為工具機產業不可或缺的零組件，線性滑軌基本結構是由滑軌、滑塊及滾動體三大部分構成，以進行直線運動導引為目的之低摩擦力滑動組件。
- 線性滑軌的產品從全球市場上來看，已發展成為幾種不同構型，而各自表現的特性以及功能性皆有差異，彼此間差異最大有下列四種型式：
- 四列式鋼珠等負荷設計與二列鋼珠哥德式設計優劣比較：四列式鋼珠之設計鋼珠在滑塊與滑軌之間成4 點45 度角接觸，可平衡抵消來自各方向滑塊所受的力，不論滑軌呈任何角度裝置，各方向之負載能力皆相等，廣泛適合各類型機器採用，相較於二列鋼珠哥德式設計，四列式鋼珠有著較高剛性，精度及壽命之優勢，尤其DF 型之四列式鋼珠設計擁有自動調心能力，即使裝配軌道的桌面產生很大的偏差或裝置時出現誤差，都能被系統自身消除掉，因而可獲得輕快精準的直線運動。四列式鋼珠等負荷設計與二列鋼珠哥德式設計優劣比較如下：
- 4 點接觸式與2 點接觸式線性滑軌的吸振性比較：一般與滑動導引相比，滾動導引因為摩擦係數更小而衰減性較差。但是相反，摩擦係數隨速度變化小，保證了單體也具有十分的剛性和同等優異的性能特性，因此也可以適用於重切削機械。關於線性滑軌單體的衰減性。NSK 線性滑軌的吸振性技術報告：以滑動導引和4 點接觸以及2 點接觸的線性滑軌進行了比較試驗。衰減性的評價在求出阻尼因子的條件下進行，結果在相同摩擦力情況下阻尼因子很大，衰減性評價如以下所示：滑動導軌＞ 4點接觸式＞ 2 點接觸式。如下圖二 所示，在有統一剛性（59 ㎏ f/μm）的區域進行比較，阻尼因子比為：4 點接觸式/2 點接觸式 ≒ 4.5。
- 線性滑軌的耐衝擊性：滾動導引的特性受到其鋼珠溝槽形狀的影響很大。鋼珠溝槽形狀有下圖三(a) 所示的單一圓弧狀的圓弧溝槽，也有2 個圓弧組合起來的哥德式溝槽。對於哥德式溝槽，如下圖三(b)所示溝槽和導軌的中心一致時，鋼珠與溝槽為4 點接觸。如下圖三(c) 所示如果溝槽中心偏心，就會變為2 點接觸，這就是偏心哥德式溝槽。NSK 線性滑軌的耐衝擊性技術報告：當衝擊載荷一樣的超高載荷作用的時候負荷容量不足時，如下圖四所示為哥德式溝槽，當有超高負荷作用時，平時不接觸的溝槽此時會承受負荷，因此具有大的耐衝擊性。
- 線性滑軌的速度極限與溫昇：
NSK 線性滑軌的速度極限與溫昇技術報告：使用線性滑軌的工具機，幾乎均與滾珠螺桿配合使用，如下圖五所示，若線性滑軌與滾珠螺桿的鋼珠公轉速度進行比較，可得知滾珠螺桿在運行相同直線移動量時鋼珠運動距離更長。比例約為πDpw/L，通常為5 ～ 20。在此，Dpw 代表滾珠螺桿P.C.D，L 代表滾珠螺桿導程。因此線性滑軌與滾珠螺桿成對使用時，若在滾珠螺桿的極限速度內，線性滑軌速度就沒有任何問題。線性滑軌與滾珠螺桿相比鋼珠的運行速度較慢，且產生的熱量從安裝部熱傳導到達裝置整體，傳導面積很大，因此溫昇較小。如下表一為NSK 線性滑軌運轉時的溫昇舉例。
- 線性滑軌的噪音
從工作環境的改善和機械安全來講，降低機械振動、噪音變得越來越重要。但從機械使用方面，高速化得到快速發展，但與此同時機械振動、噪音卻在不斷增加。因此線性滑軌在高速領域的噪音降低就成為了必要條件。NSK 線性滑軌的噪音技術報告：NSK 對驅動、導引及模組製作進行了諸多實驗，其中著重介紹線性滑軌噪音相關的參考數據如下：
1) 噪音與移動速度：如下圖六所示，線性滑軌的噪音等級隨著移動速度而變化，當速度變為2 倍時，噪音等級增大了約8 ～ 9dB。
2) 噪音與潤滑劑：再如下圖六. 所示，隨著潤滑劑的不同，線性滑軌的移動速度產生的噪音等級也不同。油潤滑與脂潤滑對噪音的影響基本沒有明顯差異，但無潤滑情況下則會有10db 以上的差別。
3) 溫度變化和噪音：如下圖七所示，在無潤滑劑的情況下，噪音幾乎不隨著溫度而變化，但在脂潤滑條件下，噪音隨著溫度上成比例升高。這是因為隨著溫度變化，潤滑劑的粘度發生了變化，進而引起了噪音的變化。因此在噪音測試時需要考慮溫度條件的影響，同時需要根據使用線性滑軌的機械的使用條件要選用合適的潤滑劑。
- 滾動導引在精度方面，由於靜摩擦力與動摩擦力差異較小，故遲滯滑移(Stick-Slip) 發生量也較少，能縮小象限突起，滾動體上因附加了預壓，故與形成導引的導軌毫無間隙地接觸，使得移動件移動時起因於間隙的姿勢搖晃不致於發生，但是，依加減速度的大小，滾動體可能在該瞬間產生彈性變形，若重心位置不好，則會有姿勢搖晃的情況，在連續切削加工的場合，必須注意此現象。在剛性、減衰性方面，比起滾珠形成線接觸的滾柱有較高的剛性、衰減性，相較於其他方式，由於滾動體介於其構成上，與導引面形成點接觸或線接觸，故剛性、衰減性皆比面接觸之滑動導引的低，因此，滾動導引並不適用於為提升切削效率而增大切削負荷的場合，與重切削用場合之進給裝置。若以線性滑軌尺寸規格提升 1 級，導引滑塊數量增加是有可能因應的，但是剛性、衰減性則不會超越滑動導引。所以滾動導引適用於以輕負荷加工為條件之高速進給工具機，其他如大型門型工具機那種移動質量特別大之場合亦能適用。
- 線性滑軌的運動精度：在安裝線性滑軌的機械裝置上，控制運行精度的主要因素有以下兩個，線性滑軌單體的運行精度和直線移動平台的運行精度。線性滑軌因為軌道很長，軌道的精度最後由軌道安裝面的形狀來決定。因此為了製作高精度的導引面，必須先使安裝面的直線度、安裝面之間的平行度都高精度化。這種情況下，安裝面的粗糙度並不是問題，形狀精度才是重要的，所以並不一定要使用研磨加工。雖然基本情況下安裝面精度會受到引導面精度影響，但現實中因滑軌和滑塊之間的相互干涉、接觸部位的變形等平均化的效果，安裝面精度的影響會降低到1/2 ～ 1/10 左右。通常，線性滑軌都是由滑軌2 支和滑塊4 個所構成，採用這種組合方式時，工作平台的運行精度會比機台的直線度更好。這個被稱為“平均化效果”，一般在使用4 個滑塊支撐的場合，安裝面的精度誤差能降低為原來的1/3。
2. 線性滑軌的特性與優點
- 高定位精度：線性滑軌移動時摩擦力非常小，屬於滾動摩擦，故只需極小的動力即可驅動，因為摩擦力小，故而摩擦所產生的熱極小，相較於傳統的滑動方式，可大幅降低運行軌道接觸面的磨損，能長時間維持高定位精度、行走精度與低磨損。其動靜摩擦力差值小，低速時不易產生爬行。重複定位精度高，適合作頻繁啟動或換向的運動部件。可將工具機定位精度設定到超微米級。同時根據需要，適當增加預載荷，確保鋼珠不發生滑動，實現平穩運動，減小了運動的衝擊和振動。
- 高剛性：滑軌與滑塊採用四方向負荷設計，由於線性滑軌特殊的束制結構設計，可同時承受徑向、反徑向與其方向的負荷，並保持其行走精度，同時可以輕易的藉由施于預壓與增加滑塊數量，就可以提高剛性與負荷能力。
- 高速性：摩擦阻力小的特性，對設備的驅動馬力需求低，節省能源效果大，尤其運動磨耗小，溫昇效應低，因而僅需極小之動力即可驅動機台運行，故較滑動裝置更適合於高速運行之場合使用。
- 組裝和保養維護容易：組裝時在工具機床台上滑軌的安裝面上，以一定的組裝步驟，將滑軌、滑塊分別以特定扭力固定在機台上，即能重現線性滑軌的加工精密度，可降低傳統鏟花加工的時間與成本。線性滑軌具有互換性，可分別更換滑塊或滑軌在同型號上，同時又保持相同的順暢度與精密度。
- 無間隙高機械效率 : 在加有預壓方式或工作負荷時，鋼珠在負荷方向以兩點接觸，差動滑動小，進而可以得到很好的滾動運動，提高效率。
- 設定驅動滾珠螺桿的配置：使用滑動導軌，若驅動滾珠螺桿不處於左右導軌面的中心位置，會因摩擦較大，產生使移動工作台傾斜的較大的扭矩負載，滑動面就產生偏負載。而滾動滑軌因為摩擦小，驅動用滾珠螺桿的配置偏向一側，產生偏負載影響較小，設計自由度較大。
- 潤滑構造簡單：線性滑軌的特性與優點線性滑軌已在滑塊上裝置油嘴，可直接以注油槍打入油脂，亦可換上專用油管街頭連接供油油管，以自動供油機潤滑。
▋ 線性滑軌選用方法
1. 線性滑軌的選定指南
圖八、床台受到振動及衝擊力作用的剛性安裝
- 線性滑軌廠商目錄中均有詳細記載，但在實際選定時，對照於所設計之工具機被要求的工作精度、切削能力、壽命與保養性等，檢證所使用線性滑軌的精度、剛性、其他性能及其安裝方法的妥當性，對於工具機的被要求規格及其適合的線性滑軌之相關事項，如下表二所示對線性滑軌之要求規格與要求項目：
- 線性滑軌的配置：線性滑軌能承受四方向負荷，因此可以根據工具機機台結構與工作負荷方向等需求做不同的線性滑軌組配置。主要基本配置方式及標記，以下表三所示有6 種安裝姿勢：
- 工具機導引系統之功能為限制主要運動構件如工作台及鞍座等滑動件之剛體運動6 自由度中，除1 限制定位方向的直線自由度外的其餘5 自由度，為拘束機構的工作精度，尤其是形狀精度，亦為形成工具機精度之基準，而且在承受變動負荷下，仍必須維持精度。一般工具機導引機構的剛性較結構件為低，將它串聯於力流之中，將招致整體剛性變更低，所以工具機導引面必須具有高的運動精度，且須符合以下導引機構必須具有條件：
1) 剛性大，不易因負荷而變形。
2) 滑動方向與其垂直方向的衰減效果大。
3) 形狀正確，運動也正確。
4) 具低摩擦係數，潤滑性也良好。
5) 間隙少且易於調整的結構。
6) 對切屑、切削液等影響之保護裝置充分。
7) 承受外力時，定位機能不生變化之構造。
8) 組裝容易。
9) 切屑確實被排除於外。
10) 摩耗時，可容易調整。
- 滾珠滑軌與滾柱滑軌之比較如下：
1) 滑軌相同尺寸編號時，基本靜額定負荷、基本動額定負荷以滾柱滑軌的較大。
2) 通常滑軌相同尺寸編號時，以滾柱滑軌的剛性較高。
3) 正規安裝的狀態之下，一般以滾柱滑軌的動摩擦抵抗較小，動的精度較優異。
4) 吸收安裝面之對準偏差的特性，以滾珠滑軌較優。
5) 容許彈性變形量，通常以滾柱滑軌較小，較易受到安裝面之精度與剛性的影響。
6) 線性滑軌一般若是相同尺寸編號時，以滾珠滑軌較便宜。
簡單說負荷容量，剛性，摩擦特性等以滾柱滑軌較優。平均化效果，安裝面上要求之精度、剛性及成本等以滾珠滑軌較佳。若滾珠滑軌重視剛性面時，亦可選定大一個編號的，即可解決與滾柱滑軌之間的差異，結論是在選定線性滑軌時，滾珠滑軌與滾柱滑軌在設計檢證項目上並無差別，選定時考慮廠商與形式所造成之特性上的差異也很重要。
- 工具機的精度，係依據實際加工結果之工作精度、靜態精度檢查與動態精度檢查進行評價，設計線性滑軌時，對照於這些所要求的精度，有必要考量線性滑軌的剛性、運動精度、滾動抵抗之影響後再選定，且注意其安裝方法。
- 線性滑軌安裝面的精度會影響運動精度，故必須注意安裝側之如床台、立柱等機械本體的剛性與安裝面之加工精度，但是，使用線性滑軌時，可平均化吸收安裝面之加工精度與安裝狀態造成之真直度、平行度、平面度等之對準偏差(misalignment)，並能夠較容易地獲得高運動精度，一般，工作台的真直度，較安裝面之真直度提升了約1/5 之值。
- 關於線性滑軌之剛性、運動精度、滾動抵抗等數值，須參考廠商目錄並向廠商確認，另外，剛性值則因型式與預壓量而不同，但也必須考慮到剛性特性也會因負荷方向不同而有差異。
- 與線性滑軌有關的工具機剛性
1) 對於工具機的切削性能，為在設計上確保該工具機所要求的靜剛性與動剛性之特性所實施的檢證，可藉由使用電腦進行有限元素分析(FEA)。在實際進行工具機之剛性分析時，必須向線性滑軌廠商取得其剛性常數與滾動抵抗之數值。
2) 工具機所使用之線性滑軌，使用時雖以提高剛性為目的而施加預壓，但設定預壓時必須注意剛性常數與滾動抵抗的數值會不一樣，同時，計算壽命也會不同。
3) 在實際設計時，以考慮動剛性、衰減性能進行線性滑軌的選定，結果在靜剛性方面，亦有能夠作出充分選定的傾向。
4) 對照工具機所要求的靜剛性之值，判定線性滑軌的靜剛性是否充分的同時，也必須確認作用於選定之線性滑軌的靜態最大負荷未超過其容許負荷。容許負荷P0 透過下式，依據線性滑軌之基本靜額定負荷C0 與靜容許負荷係數fs 所決定。P0 = C0 / fs。綜合加工中心機等之切削加工的工具機所使用之線性滑軌的場合，其靜容許負荷係數fs 最好是3 以上。
5) 安裝線性滑軌時，重要的是安裝側床台、立柱等工具機結構本體的剛性必須充分，如下圖八所示。線性滑軌的安裝需考慮衝擊與振動的作用，當床台受到振動、衝擊力的作用時，滑軌及滑塊很可能偏離原來的固定位置，而影響運行精度與使用壽命。故為避免發生類似的狀況，建議使用下表四所列的四種固定方式固定滑軌及滑塊，以確保工具機直線運動的剛性與精度。
- 線性滑軌的潤滑：線性滑軌若沒有適當的進行給予潤滑，滾動部分的摩擦就會增加，長期的使用下來會成為縮短壽命的主要原因。潤滑劑提供以下幾種作用：
1) 減少滾動部分的摩擦、防止燒傷並降低磨損。
2) 再滾動的面與面之間形成油膜，可延長滾動疲勞壽命。
3) 防止生銹。
- 線性滑軌的防塵：工具機之線性滑軌的使用環境，處於易受切削液與切屑影響的狀態之下，必須將這些納入考量，線性滑軌導引中異物侵入，通常與異常摩耗、早期鱗片般剝落的發生有關，故有必要裝設護罩保護導引面全體，以防止切削液與切屑等侵入，但只有如此並不夠充分，在線性滑軌內裝設防塵油封是不可欠缺的，各家線性滑軌廠商皆備有各種防塵油封，可配合使用環境選用之。
- 線性滑軌的使用壽命：線性滑軌的使用壽命定義為線性滑軌實際所能達到的壽命。它可能與計算的壽命有顯著差異。以下因素將通過磨損或疲勞形式導致線性滑軌過早失效：
1) 額外載荷，由溫度變化和製造公差（支撐結構剛性與配置）引起的不對中造成。
2) 線性滑軌的污染。
3) 線性滑軌潤滑不足。
4) 小行程的往復運動。（摩擦腐蝕壓痕）
5) 靜止的振動痕跡。（摩擦腐蝕壓痕）
6) 線性滑軌的超載。（即使很短時間）
7) 線性滑軌塑性變形。
2. 線性滑軌的選定
線性滑軌選定流程圖 （參考 DIN 637 規範）
圖九、線性滑軌選定流程圖 （參考 DIN 637 規範）
▋ 線性滑軌選定步驟
按照圖九、線性滑軌選定流程圖 （規範 DIN 637）
圖十三、線性滑軌的負荷
- 開始選擇
工具機設計者根據已設定所需求的工具機機台規格、機能、精度及特性等，進行工具機本體結構之設計開發，首先先行規劃機台結構架構型態，空間尺寸與力流配置，再進行驅動方式及導引系統之初步尺寸配置 (可依據過去傳統設計經驗先暫時預選線性滑軌種類、型式與規格、安裝方法、線性滑軌跨距、線性滑軌的數量、長度及滑塊的數量等進行導引系統初步尺寸配置規劃)。
- 確定使用條件
工具機設計者完成驅動方式及導引系統之初步尺寸配置，需再確定線性滑軌使用需求必要的條件，以便將作用於線性導軌上的各種負荷，換算成等效負荷及計算靜載荷安全係數。若確認靜載荷安全係數沒有問題，接著再進一步計算平均負荷與額定使用壽命，再確認是否符合所預期需使用壽命需求。其步驟為先進行步驟(3)：依據確定使用條件選擇合適的線性滑軌類型與規格之後，接著從步驟(4 ~ 9) 進行預選線性滑軌實際計算確認，此時可藉由線性滑軌廠商之技術支援網站所提供線性滑軌壽命計算工具（或請線性滑軌廠商技術協助），應能取得較準確的型式選定額定使用壽命計算結果，以確認是否符合設計者所要求額定使用壽命。其需求必要的使用條件如下：
1) 線性滑軌的安裝姿勢 （水平安裝、垂直安裝、傾斜安裝…等）。
2) 作用在線性滑軌上的負荷大小、方向、位置：因物體重心的位置、推力位置及啟動停止時的加減速等引起的慣性、切削阻力等外力的作用，負荷大小是變化的。有必要充分考慮這些條件來計算負荷的大小。
3) 驅動系統推力位置。
4) 直線運動系統的配置 （線性滑軌的導軌數量、跨距和滑塊的數量、間距等）。
5) 移動軸之快速進給速度及其加減速時間。
6) 行程長度。
7) 工作週期。
8) 要求壽命。
9) 運動精度。
10)使用環境：在特殊環境中 （真空、無塵室、高溫、高污染環境），有必要考慮材料、表面處理、潤滑和防塵。
- 選擇合適的類型：選擇符合條件的類型（先預選可能的規格）。
線性滑軌廠商提供線性滑軌有各種各樣的型號，各種尺寸已標準化，工具機設計者可根據已設定所需求的工具機機台規格、功能、精度及特性等選定需求最合適的型式與規格。（請參考線性滑軌廠商所提供其產品技術手冊，選擇符合條件的類型、規格及安裝方法。建議優先選用臺灣工具機產業推薦規範資訊平台，所推動工具機產業“線性滑軌”通用標準規格）
1) 依設備需求精度選用：
線性滑軌的精度：如下圖十所示，可分為行走平行度（所謂的行走平行度，是將滑軌和滑塊組合後，沿滑軌的軸方向移動時產生的，滑塊基準面相對於滑軌基準面的變動量）、高度 (H)及寬度 (W) 的尺寸容許誤差 (PV 及PH)。滑軌單軸使用或在同平面使用複數軸時，規範各個滑塊組合高度與寬度的成對相互差。如下圖十一線性滑軌精度等級分為 : 普通級(C)、高級(H)、精密級(P)、超精密級(SP) 與超高精密級(UP) 等五個等級。
- 精度等級的選用：工具機使用的線性滑軌精度選用基準參考下表五所示。國內綜合加工機及車床所使用的線性滑軌，一般所選用其精度等級以精密級(P) 或超精密級(SP)為主。
- 2) 依設備剛性需求預壓選用
線性滑軌可以藉由施加預壓來提高剛性，在預防振動、衝擊所造成的早期損壞上也有效。如下圖十二所示，預壓的效果可保持外部負荷增大到預壓負荷的 2.8 倍，即提高 2.8 倍的剛性值。而預壓是利用增加滾動體的直徑，使滾動體與滾動面之間產生負向間隙，預先施于內部負荷，所以在進行壽命計算時，必須將其預壓負荷考慮進去。
圖十二、滾珠線性滑軌的預壓等級
- 預壓等級的選用：線性滑軌的使用，應根據不同的使用條件來選擇最合適的預壓等級，選用的基準請參照線性滑軌廠商所提供其產品技術手冊。下表六所示為選用PMI 產品技術手冊之選用參考的基準參照表。（預壓力大小為基本額定動負荷(C)的百分比。超重預壓F2：僅適用滾柱線軌）
- 計算施加的負荷：計算作用於滑塊上的負荷大小（可藉由線性滑軌廠商之技術支援網站所提供線性滑軌壽命計算工具進行計算）。如下圖十三所示，線性滑軌可承受由於安裝姿勢或配置、移動物的重心位置、推力位置、切削阻力等所產生的所有方向的負荷或力矩。
- 作用在線性滑軌上的負荷，因物體重心的位置、推力位置及啟動停止時的加減速等引起的慣性、切削阻力等外力的作用，負荷大小是變化的。選定線性滑軌時，有必要充分考慮這些條件來計算負荷的大小。
- 計算等效負荷 PE：(可藉由線性滑軌廠商之技術支援網站所提供線性滑軌壽命計算工具計算)。如下圖十四所示，線性導軌可同時承受徑向負荷(PR)、反徑向負荷(PL)、橫向負荷(PT) 等各方向的負荷和力矩。線性導軌上有複數的負荷（例如徑向負荷和橫向負荷）同時作用時，要將所有的負荷換算成徑向或反徑向的等效負荷，再計算壽命或靜的安全係數。
圖十四、線性滑軌的負荷
- 等效負荷的計算式：PE ＝ X • PR(L) ＋ Y • PT
- 四方向等負荷線性滑軌，同時承受徑向負荷和橫向負荷時，其等效負荷的計算式：PE ＝ PR(L) ＋ PT （X，Y : 等值係數皆為1）
- 計算靜負荷安全係數 (fs)：如下表七所示計算式，用基本靜額定負荷和作用滑塊的各方向最大負荷驗算靜負荷安全係數值。
- 計算作用在線性滑軌上的負荷時，首先算出壽命計算時所需的平均負荷與計算靜的安全係數時所需的最大負荷。在啟動停止很激烈、或切削負荷作用的場合，及因懸臂負荷所引起的大力矩作用的情況下，可能會對線性導軌產生意想不到的大負荷。選定型號時，必須確認其最大負荷是否適合。
- 計算出的靜載荷安全係數是否足夠?
線性滑軌的靜載荷承載能力受以下因素限制：
1) 線性滑軌允許的載荷。
2) 滾道的承載能力。
3) 連接螺栓的許用載荷。
4) 工具機結構本體的許用載荷。
工具機設計者可參考所選用線性滑軌廠商所提供技術手冊 ( 根據不同的使用狀況，計算靜負荷必須考慮不同的安全係數)。判斷所選定線性滑軌，在使用條件下所計算出的靜負荷安全係數是否足夠。
- 下表八為使用日本THK線性滑軌時，計算靜負荷安全係數的建議參考值
- 下表九為使用德國Bosch Rexroth 線性滑軌時，計算靜負荷安全係數的建議參考值：
- 計算平均負荷 Pm：將運動中變動負荷平均化，換算成平均負荷。(可藉由線性滑軌廠商之技術支援網站所提供線性滑軌壽命計算工具計算)
根據各式各樣的條件變動時，有必要考慮這些變動負荷條件來進行壽命計算。平均負荷指的是運行中線軌滑塊的負荷大小由於各式各樣的條件而變動時，與這些條件下的壽命具有相同壽命的線軌滑軌的一定大小的負荷。
- 下表十所示為例，為根據階段性變化的情況，計算平均載荷參考計算式：
- 計算額定使用壽命：用額定壽命值算出行走的距離。 (可藉由線性滑軌廠商之技術支援網站所提供線性滑軌壽命計算工具計算)
- 線性滑軌的使用壽命，即使處於相同的運行條件下，也是有所差異的。因此，必須使用以下規定的正常壽命作為參考值以求得線性滑軌的使用壽命。額定壽命是指在相同的線性滑軌型號中90％的單元，各自在相同條件下運行直到發生剝落（金屬表面的鱗片狀）時經過的總運行距離。
- 線性滑軌之耐久性，與一般的軸承一樣，依據線性滑軌的額定疲勞壽命實施設計檢證，但關於壽命計算式及各種係數之內容及其數值與實際使用條件的計算方式，應參考線性滑軌廠商型錄。下表十一所示為THK線性滑軌之使用壽命計算式：
- 在考量使用條件下計算所得的額定壽命：由於在實際使用下，運行中較常伴隨著振動與衝擊，對線性滑軌作用的負荷會有所變化，難以正確把握額定壽命。此外，滾動面的硬度、使用環境溫度，及將線軌滑塊在幾乎緊靠的狀態下使用時，也會大幅影響壽命。考量到這些條件，下表十二所示為THK線性滑軌之使用考量使用條件的額定壽命（L10m）計算式：
- 線性滑軌的動額定負荷基準行走距離，在亞洲為50km，在歐洲為100 km，設計上必須加以注意。比較額定壽命(L10) 時，需考量是以50km 還是100km 來定義基本動額定負荷，可根據ISO 14728-1的規定進行基本動額定負荷的換算。於ISO 中規定的基本動額定負荷之換算公式如下：
用滾珠線性滑軌時 C100 = C50/1.26
使用滾柱線性滑軌時 C100 = C50/1.23
C 50 : 額定壽命為50km 的基本動額定負荷
C 100 : 額定壽命為100km 的基本動額定負荷
- 計算結果與所需使用壽命相同?
- 與原設計所預期要求壽命的比較，設計者判斷是否符合所預期需使用壽命需求，計算結果為是，則可繼續執行下步驟(11)：根據當前環境條件進行選擇線性滑軌之潤滑與防護等安全設計。如果計算結果為否，則須回到步驟(1)：重新進行選定線性滑軌之型式與規格大小及設計配置。直到確認符合所需使用壽命需求，再繼續執行往下步驟到線性滑軌選定完成。
- 下表十三所示，為筆者使用THK網站所提供線性滑軌壽命計算工具，計算所設計立式綜合加工機X 軸線性滑軌（水平安裝姿勢）與Z 軸線性滑軌（垂直安裝姿勢），所得計算結果參考案例，計算結果內容包含有：所選擇使用線性滑軌組的類型型號、計算使用線性滑軌組的靜安全係數、額定壽命(Km)、運轉期間(hr) 及計算進給軸加速、等速、減速時作用於線性滑軌組各滑塊上的負荷(N)、等效負荷(N)、靜安全係數及平均負荷(N)、額定壽命(Km) 等供設計者參考。
- 據當前條件（環境）進行選擇：潤滑方法、防塵對策。
1) 潤滑：當使用線性滑軌時，定期潤滑線性滑軌，是不可或缺的，必須提供有效的潤滑功能。如果在沒有給油的情況下使用，會使滾動部的磨耗增加，而使其壽命縮短。根據設計需求條件決定潤滑劑（潤滑脂、潤滑油）及潤滑方法（定期給油脂、強制潤滑）。油脂潤滑不僅能盡量將給油裝置與配管加以簡便化，能減少定期保養的頻率，與油潤滑不同無處理廢油之必要，故在保養性與環境問題的因應上較為優。
2) 污染防護：工具機之線性滑軌的使用環境，處於易受切削液與切屑影響的狀態之下，必須將這些納入考量，當異物流入線性導軌時，它將會導致異常磨耗或縮短系統的使用壽命，因而必須防止異物流入系統。預計可能會有異物流入時，應選定滿足環境條件的有效防塵密封裝置。
- 線性滑軌選定完成：確認符合設計需求，決定線性滑軌使用條件、型式及編號。
- 繪製線性滑軌配置確認圖及線性滑軌詳細規格：最後須完成繪製線性滑軌組配置確認圖及詳細規格，其內容須包括線性滑軌種類、型式、編號、滑軌數及長度、滑塊個數、預壓、精度等級、潤滑方法、防塵與配置…等。
▋ 結論
工具機是相當複雜的機械設備，各項零組件設計皆會影響最終機台加工的性能，因此瞭解工具機各項零組件功能及如何正確選用就顯得非常重要，透過彙整產業規範項目線性滑軌之相關原理或原則及選用方法，期望讓工具機廠商能更加理解工具機此項產業規範的制訂內容。
▋ 參考資料
- 日本工業機械工業會：工作機械の設計學應用篇 (2003)
- 上銀科技股份有限公司陳恩傑、王靖霈: 如何正確選用線性滑軌 (2004)
- 線性滑軌等相關技術資料參考以下國內外廠商網頁資訊及技術手冊