CN112081821A - 一种机械导轨及导轨组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种机械导轨,用于安装滑块以使滑块在导轨上滑动,导轨包括导轨本体和螺栓,导轨本体包括:第一表面,第一表面面对滑块;第二和第三表面,第二和第三表面均与第一表面相邻,第二和第三表面远离基座的位置均具有凸起部,凸起部用于安装滑块中的滚动部件;第四表面,第四表面与第一表面相对并与基座接触;导轨本体上开设有贯穿第一表面和第四表面的沉头孔,螺栓通过沉头孔将导轨本体固定在基座上;螺栓与沉头孔之间形成无孔隙连接。本申请提出了一种适用于超高速高精度运动平台的导轨,在不改变现有导轨开孔位置的情况下,通过一些结构的改变有效避免了因导轨在基座上的安装而带来的速度波动,提高了运动平台的精度。
Description
技术领域
本发明属于高速运动平台技术领域,尤其涉及一种机械导轨及导轨组件。
背景技术
机械导轨式运动平台由于高加速性能,在电子制造、激光加工、精密检测、喷墨打印等工业设备中广泛应用。
如图1所示,图1为现有技术中的一种高速高精度机械式导轨。图1中示出了导轨本体10A,基座20A,和滑块30A。导轨本体10A设置在基座20A上,用于固定导轨10A。滑块30A滑动设置在导轨10A上,用于带动运动平台(图中未示出)在导轨10A上运动。导轨10A上均匀开设有通孔109A,基座20A上设置有与通孔109A对应的安装孔201A,螺栓40A穿过通孔109A并插入到安装孔201A中,从而将导轨10A固定到基座20A中。
在现有的机械导轨式运动平台中,导轨的运动速度一般在10m/s以内,通常在5m/s左右,这已经属于现有产品的高速运动平台范畴。对于这种高速运动平台,导轨需要承受弯曲,扭转,倾翻等多个方向的载荷,导轨通常由刚度很高的材料做成。由于导轨的刚度很高,在现在10m/s左右的运动下,导轨表面开设的这些通孔,对滑块速度的波动微乎其微,以至于没有任何人注意到导轨表面开设的这些通孔会引起滑块速度的波动,更没有人关心具体的影响是什么。
本申请发明人团队,致力于研究高速甚至是超高速的高精度运动平台,发明人首次发现,导轨表面开设的通孔,会引起滑块速度的波动,而且滑块速度越大,由于通孔引起的速度波动就越大。当滑块以超高速运行时,例如运行速度10m/s以上,这个速度波动明显到不能被忽略,需要改进导轨结构以降低或避免这一速度波动。
基于这一首创发现,在统一的设计思路下,发明人设计了一系列新的导轨,以适用于高速、超高速的高精度运动平台。
发明内容
发明人首次发现,导轨均布孔对滑块会产生激励载荷频率f,其计算公式如下:
f=v/l
其中,v为滑块运动速度,l为导轨上相邻通孔之间的距离。在实验过程中我们发现,在一些测试例子中,当滑块运动速度为1m/s时,这一激励将导致速度波动0.6%左右,非常小,可以忽略不计。但是当速度上升到5m/s,时,这个波动将达到2%左右,对于有速度波动限制的设备,例如喷墨打印机、激光划片机等,这个速度波动使得平台无法正常工作。
针对发明人的上述发现,本发明提供了一种机械导轨,用于安装滑块以使所述滑块在所述导轨上滑动,所述导轨包括导轨本体和螺栓,所述导轨本体包括:第一表面,所述第一表面面对所述滑块;第二和第三表面,所述第二和第三表面均与所述第一表面相邻,所述第二和第三表面远离所述基座的位置均具有凸起部,所述凸起部用于安装所述滑块中的滚动部件;第四表面,所述第四表面与所述第一表面相对并与所述基座接触;所述导轨本体上开设有贯穿所述第一表面和第四表面的沉头孔,所述螺栓通过所述沉头孔将所述导轨本体固定在基座上;所述螺栓与所述沉头孔之间形成无孔隙连接。
可选地,所述沉头孔与所述螺栓的沉头之间设置有应力环,所述应力环充满所述沉头孔与所述螺栓的沉头之间的孔隙。
可选地,所述沉头孔与所述螺栓的沉头之间过盈配合以形成无孔隙连接。
可选地,所述沉头孔与所述螺栓之间填充有钎料以形成无孔隙连接。
可选地,所述沉头孔为锥形沉头孔,所述螺栓的沉头具有与所述沉头孔相配的锥形表面,所述沉头孔与所述螺栓的沉头之间过盈配合以形成无孔隙连接。
可选地,所述凸起部具有安装曲面,所述安装曲面与所述滚动部件的表面相配,以形成面接触。
可选地,所述导轨本体的形状为直线型或环形。
根据本发明的另一个方面,还提供了一种导轨组件,包括上述任意的导轨及基座。
可选地,所述导轨组件还包括滑块。
根据本发明的又一个方面,还提供了一种导轨组件,包括上述任意的导轨及滑块。
根据本发明的另一个发明,还提供了一种激光划片机及一种喷墨打印机,该激光划片机和喷墨打印机都采用了上述的导轨。
实施本申请实施例,具有如下有益效果:本申请提出了一种适用于超高速高精度运动平台的导轨,在不改变现有导轨开孔位置的情况下,通过一些结构的改变有效避免了因导轨在基座上的安装而带来的速度波动,提高了运动平台的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其它的附图。
图1A为现有技术的导轨、滑块与基座结构示意图;
图1B为现有技术导轨与基座的剖视图;
图2A为本发明实施例一提供的导轨、滑块与基座结构示意图;
图2B为本发明实施例一提供的导轨与基座的剖视图;
图3A为本发明实施例二提供的导轨、滑块与基座结构示意图;
图3B为本发明实施例二提供的导轨与基座的剖视图;
图4A为本发明实施例三提供的导轨、滑块与基座结构示意图;
图4B为本发明实施例三提供的导轨与基座的剖视图;
图5A为本发明实施例四提供的导轨、滑块与基座结构示意图;
图5B为本发明实施例四提供的导轨与基座的剖视图;
图6A为本发明实施例提供的环形导轨结构示意图;
图6B为图6A中的部分P的局部放大图;
图7A为本发明实施例提供的激光划片机结构示意图;
图7B为图7A的局部结构剖视图;
图8A为本发明实施例提供的喷墨打印机结构示意图;
图8B为图8A的侧视图;
图8C为图8A中的X轴运动机构局部剖视图。
附图中:
10A,10-导轨本体;101-第一表面;102-第二表面;103-第三表面;104-第四表面;105-凸起部;106-安装曲面;107-凹槽;108A,108-通孔;
20A,20-基座;201A,201-安装孔;
30A,30-滑块;
40A,40-螺栓;401-沉头;402-平垫片;403-弹簧垫圈;
50-应力环;
60-钎料;
D1-底座;D2-纵梁;D3-激光器;D4-摄像头;D51-X轴运动机构;D52-Y轴运动机构;DY-1-运动平台;DY-6-晶圆片;D501-基座;D502-导轨;D503-滑块;D504-驱动组件;D505-检测元件;
E1-底座;E21-X轴运动机构;E22-Y轴运动机构;E23-Z轴运动机构;EX-1-运动平台;EZ-6-打印头;E501-基座;E502-导轨;E503-滑块;E504-驱动组件;E505-检测元件。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图,并获得其他的实施方式。
为使图面简洁,各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分,它们并不代表其作为产品的实际结构。另外,以使图面简洁便于理解,在有些图中具有相同结构或功能的部件,仅示意性地绘示了其中的一个,或仅标出了其中的一个。在本文中,“一个”不仅表示“仅此一个”,也可以表示“多于一个”的情形。
本申请说明书及权利要求书中所使用的术语,如“第一”、“第二”、“第三”等,这些术语是为了区分相同名称的技术特征,并不是用来表示重要性或先后顺序,也不是用来限定数量。
本申请说明书及权利要求书中所使用的表示方位术语,如“上”、“下”、“左”、“右”等,其方位是基于图中所展示产品结构和方向。这些方位只是为了便于说明产品各个部件的相互位置关系,并不是用来限定本申请的权利要求范围。
下面以具体实施例详细介绍本发明的技术方案。
请参考图2A-5B,本申请提供了一种导轨,用于安装滑块30以使所述滑块30在所述导轨上滑动,所述导轨包括导轨本体10和螺栓40,所述导轨本体10固定在基座20上。所述导轨本体10包括:第一表面101,第二和第三表面102和103和第四表面104。通常来说,第二表面102和第三表面103是大体上成镜面对称结构,这样便于做成标准件,也便于加工。
所述第一表面101面对所述滑块30。所述第二和第三表面102和103均与所述第一表面101相邻,所述第二和第三表面102和103远离所述基座20的位置均具有凸起部105,所述凸起部105用于安装所述滑块30中的滚动部件(未示出)。所述第四表面104与所述第一表面101相对并与所述基座20接触。
所述导轨本体10上开设有贯穿所述第一表面101和第四表面104的沉头孔108,所述螺栓40通过所述沉头孔108将所述导轨本体10固定在基座20上;所述螺栓40与所述沉头孔108之间形成无孔隙连接。
这种无孔隙的导轨结构设计,有效避免了因导轨在基座上的安装而带来的速度波动,提高了运动平台的精度,使得本申请的导轨特别适合于超高速度高精度运动平台。
在本申请的一个实施例中,如图2A和2B所示,所述凸起部105具有安装曲面106,所述安装曲面106与所述滚动部件的表面相配,以形成面接触。导轨本体10与滑块30中的滚动部件形成面接触,可显著提高导轨的刚度,以更加适用于高精度运动平台,因为这种平台中导轨需要承受弯曲、扭转、倾翻等多方面的载荷。如图2B所示,对于左右两边的凸起部105,每个凸起部105上都设有2个安装曲面106。这种情况适用于滑块30包含上下两排滚动部件的情况。如果滑块30只有单排滚动部件,那么就只需要一个安装曲面106。应理解,本领域技术人员可以根据实际需要,设计安装曲面106的个数并根据滚珠的具体尺寸调整曲面的形状,在此并不限制。
在本申请的一个实施例中,如图2A和2B所示,所述沉头孔108与所述螺栓40的沉头401之间设置有应力环50。具体地,可以在所述螺栓40插入所述沉头孔108之前,先将所述应力环50进行冷却,然后将冷却后的所述应力环50放入所述导轨本体10的所述沉头孔108内;再将所述螺栓40插入所述沉头孔108中。待所述应力环50的温度回升后,所述应力环50会膨胀进而填满所述螺栓40与所述沉头孔108之间的孔隙,从而提高导轨的刚度,特别适合于超高速度的高精度运动平台。
在本申请的一个实施例中,如图2A和2B所示,所述第二和第三表面102和103上还开设有凹槽107,所述凹槽107用于为所述滑块30提供安装空间。
在本申请的一个实施例中,如图3A和3B所示,所述沉头孔108与所述螺栓40的沉头401之间过盈配合以形成无孔隙连接。如图3B所示,为了确保连接的紧密度,螺栓40下面还可设置平垫片402和弹簧垫圈403,这属于本领域常识,为了使视图简洁以便于阅读,后续视图中可能省略。如图3A所示,螺栓40可均布在安装部108上。
在本申请的一个实施例中,如图4A和4B所示,所述沉头孔108与所述螺栓40之间填充有钎料60。所述钎料60可以通过低温钎焊或胶水固定,钎料60可以渗入所述沉头孔108和所述螺栓40之间的孔隙,还可以填满沉头401上的凹槽内从而在所述导轨本体10上形成一个水平面。
在本申请的一个实施例中,如图5A和5B所示,所述沉头孔108为锥形沉头孔,所述螺栓40的沉头401具有与所述沉头孔108相配的锥形表面,所述沉头孔108与所述螺栓40的沉头401之间过盈配合以形成无孔隙连接。
在本申请中,所述导轨本体10可以为如图2A-5B中所示的直线型导轨,也可以为图6A和6B中所示的环形导轨。当所述导轨本体10为环形时,所示基座20和所述滑块30的形状也可做适应性的改变以匹配所述导轨本体10的形状。应理解,所述导轨本体10的形状还可以为其他合适的形状,例如螺旋式,在此并不限制。因此,图6A中所示的环形导轨可与图2A-图5A中的任何一个导轨的结构进行组合,以得到新的实施例,这对于本领域技术人员来说是显而易见的,无需付出任何创造性劳动。
在本申请的一个实施例中,如图2A-5B所示,还提供了一种导轨组件,包括上述任意一种的导轨及基座20。该组件的结构、功能及效果在上述实施例中已经充分阐述了,在此不再累述。
进一步地,如图2A-5B所示,所述导轨组件还可以包括滑块30。
在本申请的另一个实施例中,如图2A-5B所示,还提供了一种导轨组件,包括上述任意一种的导轨及滑块30。该组件的结构、功能及效果在上述实施例中已经充分阐述了,在此不再累述。
在本申请的一个实施例中,如图7A和7B所示,还公开了一种激光划片机,包括底座D1、纵梁D2、激光器D3、摄像头D4、以及二维运动平台。所述二维运动平台包括X轴运动机构D51和Y轴运动机构D52。Y轴运动机构D52设置在X轴运动机构D51上,在所述X轴运动机构的驱动下沿X轴方向运动。所述Y轴运动机构D52上设置有运动平台DY-1,运动平台DY-1可以在Y轴运动机构的驱动下沿着Y轴方向运动。所述运动平台DY-1上承载有晶圆片DY-6。晶圆片DY-6可以随着运动平台DY-1的移动而移动。二维运动平台承载这晶圆片DY-6,将晶圆片DY-6移动到所需要的坐标点,供激光器D3进行划片操作。
X轴运动机构D51安装在底座D1上。所述的纵梁D2位于垂直设置在所述底座D1的一端。所述的激光器D3则安装在纵梁D2上,激光器D3的末端安装有摄像头D4,用于发出划片激光束并对准位置。
X轴运动机构D51和Y轴运动机构D52的结构基本相同。X和Y轴运动机构均包括:基座D501,固定设置在基座D501上的导轨D502,滑动设置在所述导轨D502上的滑块D503,直接或间接驱动滑块滑动的驱动组件D504以及进行移位和速度检测的检测元件D505。在本申请的实施例中,所述导轨D502可以采用上述实施例中的任何一种导轨,其具体结构在此不再赘述。
在本申请的一个实施例中,如图8A、8B和8C所示,还公开了一种喷墨打印机,包括L型底座E1以及设置在L型底座的三维运动平台。三维运动平台包括X轴运动机构E21,Y轴运动机构E22和Z轴运动机构E23。
X轴运动机构E21安装在底座E1的水平部分,Y轴运动机构E22安装在底座E1的竖直部分,Z轴运动机构E23设置在Y轴运动机构E22上。X轴运动结构E21驱动其上的运动平台DX-1沿X轴方向运动。Y轴运动机构E22驱动其上的Z轴运动机构E23沿着Y轴运动,Z轴运动机构驱动其上的打印头DZ-6沿着Z轴方向运动。通过三维运动平台,就可以实现三维空间内的喷墨打印。
X、Y和Z轴运动机构的结构基本相同,下面将以X轴运动机构为例进行简要描述。
X轴运动机构E21包括:基座E501,固定设置在基座E501上的导轨E502,滑动设置在所述导轨E502上的滑块E503,直接或间接驱动滑块滑动的驱动组件E504以及进行移位和速度检测的检测元件E505。在本申请的实施例中,所述导轨E502可以采用上述实施例中的任何一种导轨,其具体结构在此不再赘述。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种机械导轨,用于安装滑块以使所述滑块在所述导轨上滑动,其特征在于,所述导轨包括导轨本体和螺栓,所述导轨本体包括:
第一表面,所述第一表面面对所述滑块;
第二和第三表面,所述第二和第三表面均与所述第一表面相邻,所述第二和第三表面远离所述基座的位置均具有凸起部,所述凸起部用于安装所述滑块中的滚动部件;
第四表面,所述第四表面与所述第一表面相对并与所述基座接触;
所述导轨本体上开设有贯穿所述第一表面和第四表面的沉头孔,所述螺栓通过所述沉头孔将所述导轨本体固定在基座上;所述螺栓与所述沉头孔之间形成无孔隙连接。
2.如权利要求1所述的机械导轨,其特征在于,所述沉头孔与所述螺栓的沉头之间设置有应力环,所述应力环充满所述沉头孔与所述螺栓的沉头之间的孔隙。
3.如权利要求1所述的机械导轨,其特征在于,所述沉头孔与所述螺栓的沉头之间过盈配合以形成无孔隙连接。
4.如权利要求1所述的机械导轨,其特征在于,所述沉头孔与所述螺栓之间填充有钎料以形成无孔隙连接。
5.如权利要求1所述的机械导轨,其特征在于,所述沉头孔为锥形沉头孔,所述螺栓的沉头具有与所述沉头孔相配的锥形表面,所述沉头孔与所述螺栓的沉头之间过盈配合以形成无孔隙连接。
6.如权利要求1所述的机械导轨,其特征在于,所述凸起部具有安装曲面,所述安装曲面与所述滚动部件的表面相配,以形成面接触。
7.如权利要求1所示的机械导轨,其特征在于,所述导轨本体的形状为直线型或环形。
8.一种导轨组件,其特征在于,包括如权利要求1-7任意一项所述的导轨及基座。
9.一种导轨组件,其特征在于,包括如权利要求1-7任意一项所述的导轨及滑块。
10.一种激光划片机或喷墨打印机,其特征在于,包括如权利要求1-7任意一项所述的导轨。
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