CN117212334A - 直线导轨装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直线导轨装置及其工作方法，直线导轨装置包括：轨道，以及滑块，滑块内设有前后贯通的内球道和外球道，内球道球道面的两端具有第一修行部；两个返向器，两个返向器分别位于滑块的两端，返向器内具有返向球道；外球道、内球道与返向球道共同组成循环球道，循环球道内设有多个钢球。本发明通过设置第一修行部，使得钢球在球道内返向转弯时能够顺畅地通过，从而使得滑块能够流畅运行，进而提高直线导轨装置的运行精度。

Description

直线导轨装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及直线导轨技术领域，具体涉及一种直线导轨装置及其工作方法。

背景技术

直线导轨(linear slider)又称线轨、滑轨、线性导轨、线性滑轨，可分为滚轮直线导轨、圆柱直线导轨、滚珠直线导轨三种。例如，滚珠直线导轨是由钢珠在滑块跟导轨之间无限滚动循环，从而使负载沿着导轨线性运动。

目前，现有的滚珠直线导轨存在的不足是：当钢珠进入返向球道时会出现卡顿挤压，导致滑块运行不顺畅。滑块运行不顺畅，出现卡顿，会导致直线导轨的运动精度下降，进而导致无法在高精密的设备中使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有的直线导轨存在运行精度不高的技术问题。为此，本发明提供一种直线导轨装置及其工作方法，能够有效提高滑块运行的顺畅性，从而提高直线导轨的运行精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种直线导轨装置，包括：

轨道，以及

滑块，所述滑块内设有前后贯通的内球道和外球道，所述内球道球道面的两端具有第一修行部；

两个返向器，两个所述返向器分别位于所述滑块的两端，所述返向器内具有返向球道；

所述外球道、内球道与返向球道共同组成循环球道，所述循环球道内设有多个钢球。

进一步的，所述返向器包括：返向块和返向盖，所述返向块嵌设在所述返向盖内，所述返向块具有第一球道面，所述返向盖具有第二球道面，所述第一球道面和第二球道面之间的空间形成所述返向球道。

进一步的，所述第一球道面设有第二修行部，所述第二修行部与所述第一修行部平整过渡。

进一步的，所述第一球道面、第二球道面与所述外球道的球道面之间均设有过渡角。

进一步的，所述钢球的直径为D；所述内球道的直径为D2，所述外球道的直径为D1，D2＜D＜D1。

进一步的，所述第一修行部的长度L的范围是3D～4.5D。

进一步的，所述第一修行部2011的长度L为所述内球道总长度的1/4～3/8。

进一步的，所述第一修行部相对于所述内球道的球道面的深度H沿靠近所述返向块的方向逐渐增大，以使得所述第一修行部的端部与所述第二修行部之间平整过渡。

进一步的，所述返向块的第一表面开设有第一润滑油道，所述返向块的第二表面开设有通油孔和第二润滑油道，所述通油孔与所述第二润滑油道相连通，所述第二润滑油道与所述第一润滑油道相连通。

进一步的，所述返向盖上开设有用于安装油嘴的第一安装孔；所述返向盖的侧面上开设有用于安装油嘴的第二安装孔。

进一步的，所述内球道的球道面采用曲线研磨方式加工形成。

进一步的，所述滑块采用低碳合金钢，所述返向器采用树脂材料。

本发明还提供一种所述的直线导轨装置的工作方法，包括以下步骤：

当滑块在轨道上滑行时，多个钢球在循环球道内循环移动；

当钢球在内球道时，在滑块与轨道的挤压下发生变形，从内球道进入返向球道时，第一修行部能够起到卸力作用，使得钢球顺畅地通过返向球道；所述钢球从返向球道进入内球道时，第一修行部能够起到加力作用，使得钢球顺畅地进入内球道。

本发明的有益效果是，通过设置第一修行部，使得钢球在球道内返向转弯时能够顺畅地通过，从而使得滑块能够流畅运行，进而提高直线导轨装置的运行精度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的直线导轨装置的结构示意图。

图2是本发明的直线导轨装置的侧视图。

图3是本发明的图2的A-A处的剖视图。

图4是本发明的球道端部的局部放大图。

图5是本发明的第二修行部的示意图。

图6是返向块未设置第二修行部的示意图。

图7是本发明的返向盖和返向块安装后的示意图。

图8是本发明的返向块的结构示意图。

图9是本发明的返向块的正视图。

图10是本发明的返向盖的结构示意图。

图11是本发明的返向盖的内侧的示意图。

图12是本发明的返向盖的外侧的示意图。

图13是本发明的直线导轨装置的测试曲线图。

图14是现有技术的测试曲线图。

图中：1、导轨；2、滑块；3、返向块；4、返向盖；5、返向球道；6、钢球；7、油嘴；8、密封盖；9、过渡角；201、内球道；202、外球道；2011、第一修行部；301、第二修行部；302、第一润滑油道；303、通油孔；304、第二润滑油道；305、凹陷曲面；401、第一安装孔；402、第二安装孔；403、引导曲面；404、安装销；405、加强筋。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图12所示，本发明的直线导轨装置，包括：轨道1、滑块2和两个返向器，滑块2内设有前后贯通的内球道201和外球道202，内球道201的球道面的两端具有第一修行部2011，两个返向器分别位于滑块2的两端，返向器内具有返向球道5；外球道201、内球道202与返向球道5共同组成循环球道，循环球道内设有多个钢球6。需要说明的是，多个钢球6在循环球道内是贴合在一起的，循环球道内装满钢球6后，会留有一点间隙，便于钢球6的滚动，防止卡死。当滑块2在轨道1上运行时，钢球6在球道内做循环移动，然而，钢球6在返向转弯时，如果以和直行时相同的力进入弯道，会导致钢球6在返向处发生卡顿，从而导致滑块2运行不顺畅。通过第一修行部2011，使得钢球6在球道内返向转弯时能够顺畅地通过，从而使得滑块2能够流畅运行，进而提高直线导轨装置的运行精度。

具体的，返向器包括：返向块3和返向盖4，返向块3嵌设在返向盖4内，返向块3具有第一球道面，返向盖4具有第二球道面，第一球道面和第二球道面之间的空间形成返向球道5。第一球道面设有第二修行部301，第二修行部301与第一修行部2011平整过渡。如果没有第二修行部301，那么会导致返向球道5与内球道201的连接处出现台阶，钢球6的运行会受阻。通过第一修行部2011和第二修行部301的相互配合，能够使得钢球6更加顺畅地在循环球道内移动。

例如，滑块2采用低碳合金钢，返向器(即返向块3和返向盖4)采用树脂材料。低碳合金钢具有耐磨、耐腐蚀、强度高的优点，使得滑块2具有更高的承载能力，有利于延长滑块2的使用寿命。树脂材料具有可塑性强、耐用的优点，使得返向器在长时间使用过程中，表面不会有碎屑脱落。

例如，第一球道面、第二球道面与外球道202的球道面之间均设有过渡角9。过渡角9具有以下作用：一、通过设计过渡角9，当钢球6从外球道202进入返向球道5内或者从返向球道5进入外球道202内时，能够起到减震的作用，钢球6的运行不会出现“跳动”；二、由于滑块2和返向器的材料存在差异性，钢球6在两者之间过渡时，产生的噪声较大，过渡角9也能够起到降低噪声的作用；三、由于滑块2和返向块3的材料不同，当导轨装置在比较恶劣的工况(例如环境温度变化较快，非恒温状态)中使用时，滑块2、返向器因为热胀冷缩而产生不等量的形变，导致球道过渡处的直径产生差异，影响钢球6的运行，此时，通过设计过渡角9能够改善这种情况，过渡角9是朝向远离球道的方向凹陷的，使得钢球6能够在恶劣工况中也能顺畅运行；四、过渡角9还能够起到缓冲作用，有利于保护返向器。例如，过渡角9的角度为45°，过渡角9的角度过大或过小仍然会导致钢球6过渡不畅、噪音大。

例如，设钢球6的直径为D，内球道201的直径为D2，外球道202的直径为D1，D2＜D＜D1。也就是说，当钢球6处于内球道201时，钢球6会受到轨道1球道面和滑块2的内球道201的球道面的挤压，近似成为一个椭球形。当钢球6处于外球道202时，钢球6没有受到挤压，保持球形。例如，轨道1的球道面、滑块2的球道面的粗糙度均为Ra0.2±0.003。例如，D1/D的比值范围是1.05～1.09，如果比值太大，会导致钢球6在外球道202内的空隙太大，钢球6在运行过程中会发生跳动，如果比值太小，则会导致钢球6在外球道202内受到挤压，导致钢球6运行不畅。D/D2的比值是1.01～1.03，钢球6在内球道201内时，受到滑块2和轨道1的挤压变形成椭球形，使得滑块2在保持运行精度的情况下具有一定的载荷能力，如果比值太大，会导致钢球6卡死，滑块2无法滑动，如果比值太小，则会导致预压不够，滑块2载荷能力不够，运行精度降低。因此，本发明对内球道201和外球道202的尺寸进行了优化设计，使得滑块2能够顺畅地滑行，并且具备一定的载荷能力。

由于钢球6在内球道201内被挤压变形，导致钢球6在进入返向球道5时更加无法顺畅地通过。因此，本发明在内球道201的球道面的两端均设计了第一修行部2011，在返向块3靠近内球道201的球道面设置第二修行部301，第二修行部301与第一修行部2011平整过渡。这样，当钢球6从内球道201朝向返向球道5移动时，钢球6进入第一修行部2011后，钢球6受到的挤压力逐渐减小，钢球6从椭球形逐渐变为球形；当钢球6从返向球道5朝向内球道201移动时，钢球6进入第一修行部2011后，钢球6受到的挤压力逐渐增大，钢球6从球形逐渐变为椭球形。也就是说，内球道201球道面两端的第一修行部2011分别起到卸力和加力的作用，使得钢球6在移动过程中，能够达到“卸力出，加力进”的效果，保证钢球6在循环球道内能够顺畅地运行，防止钢球6出现跳动或卡顿的情况。

例如，第一修行部2011的长度L的范围是3D～4.5D。例如，内球道201的球道面的总长度为12D，则第一修行部2011的长度L的占比为1/4～3/8。第一修行部2011相对于内球道201的球道面的深度H沿靠近返向块3的方向逐渐增大，以使得第一修行部2011的端部与第二修行部301之间平整过渡。如果第一修行部2011的长度过大，则会导致内球道201的球道面对钢球6的挤压段减小，从而导致钢球6在内球道201内的预压不够，滑块2的载荷能力不足。如果第一修行部2011的长度过小，则会导致钢球6受到的挤压力突变，导致钢球6在过渡时容易发生跳动，滑块2的运行不顺畅。因此，本发明对第一修行部2011的长度是经过优化设计的。需要说明的是，如果返向块3未设置第二修行部301，则返向块3的端部会凸出于第一修行部2011的端部(如图6所示)，这就会导致钢球6从第一修行部2011进入返向球道5或从返向球道5进入第一修行部2011时出现卡顿，滑块2运行精度下降。因此，本发明在返向块3上设计了第二修行部301，并且第二修行部301与第一修行部2011之间的衔接处平整过渡。

需要说明的是，在现有技术无修行部的条件下，返向球道5与内球道201连通的一端的直径D4小于内球道201的直径D2，这就会导致钢球6从小直径突然进入到大直径时会发生明显的跳动，导致滑块2运行不流畅。本发明通过设计第一修行部2011和第二修行部301，改善了钢球6跳动的情况。返向球道5与外球道202连通的一端的直径D3与外球道202的直径D1相等。本发明的第一修行部2011和第二修行部301的设计，以及各尺寸的设计，除了能够提高钢球运行的流畅性，提高滑块2的运行精度外，还能够降低在滑块2运行时钢球6碰撞的声音，降低噪音。

需要说明的是，内球道201、外球道202的球道面均为磨削面，由于本发明的内球道201的球道面与常规设计不同，因此，在加工上也增加了一定难度。如果采用常规的磨削方式，则需要分三次磨削，分别磨球道面的中间段以及两端的第一修行部2011，常规方式磨削会导致中间段与第一修行部2011的连接处存在毛刺，钢球6的滚动不顺滑。因此，本发明对内球道201的球道面采用曲线研磨方式加工，将磨削用的砂轮按照球道的形状成型，然后对球道进行一次曲线磨削(即对第一修行部2011、中间段、第一修行部2011进行连贯地磨削)，这样，能够提到球道面连接处的流畅性，减少毛刺的产生，进一步提升钢球6滚动的顺畅性。

例如，返向块3的第一表面开设有第一润滑油道302，返向块3的第二表面开设有通油孔303和第二润滑油道304，通油孔303与第二润滑油道304相连通，第二润滑油道304与第一润滑油道302相连通。第一润滑油道302与返向球道5相连通。润滑油依次从通油孔303、第二润滑油道304、第一润滑油道302进入返向球道5内，可以给钢球6和球道润滑，一方面，有利于提高钢球6滚动的顺畅，另一方面，可以防止球道生锈，提高滑块2的使用寿命，还能够提高滑块2的运行精度。需要说明的是，返向块3的第一表面与滑块2是贴合的。目前，现有的直线导轨结构，通油孔是贯穿返向块3的第一表面和第二表面，通油孔直接与第一表面的润滑油道连通，这种通油方式，由于返向块3与滑块2贴合处仍然存在微小缝隙，会导致漏油的情况出现，润滑油会溢出到滑块2的外表面，导致进入循环球道内的润滑油减少，进而影响滑块2的使用寿命和运行精度。而本发明中，将通油孔303设置在第二表面(通油孔303并未贯穿第一表面)，通过第二润滑油道304与第一润滑油道302连通，第一润滑油道302与返向球道5相连通，可以减少漏油，使得更多的润滑油能够进入球道内，进而提高滑块2的使用寿命和运行精度。

例如，返向盖4上开设有用于安装油嘴7的第一安装孔401。返向盖4的侧面上开设有用于安装油嘴7的第二安装孔402。第一安装孔401与通油孔303相连通，第二安装孔402与第一安装孔401相连通。本发明在返向盖4的表面和侧面均设置安装孔，可以同时安装多个油嘴7，实现供油方式的多样化。例如，可以只在第一安装孔401安装油嘴7进行供油，或者只在第二安装孔402安装油嘴7进行供油，或者，同时在第一安装孔401和第二安装孔402安装油嘴7进行供油。某个安装孔不使用时，可以采用封堵件进行封堵。供油方式的多样化，使得满足不同的使用工况。

例如，返向盖4上还设有安装销404，通过安装销404与滑块2稳定连接，防止返向盖4位置发生偏移。返向盖4设有引导曲面403(作为第二球道面)，返向块3设有凹陷曲面305(作为第一球道面)，当返向块3安装至返向盖4内时，引导曲面403和凹陷曲面305之间形成返向球道5。返向盖4上还设有加强筋405，加强筋405可以提高返向盖4的强度，防止在注塑时发生形变而影响滑块2的运行精度，并且，还能够节省材料，节约成本。

例如，直线导轨装置还包括密封盖8，密封盖8设于返向盖4远离滑块2的一侧，螺钉依次穿过密封盖8、返向盖4与滑块2固定连接。

本发明还提供一种直线导轨装置的工作方法，包括以下步骤：当滑块2在轨道1上滑行时，多个钢球6在循环球道内循环移动；当钢球6在内球道201时，在滑块2与轨道1的挤压下发生变形，从内球道201进入返向球道5时，第一修行部2011能够起到卸力作用，使得钢球6顺畅地通过返向球道5；钢球6从返向球道5进入内球道201时，第一修行部2011能够起到加力作用，使得钢球6顺畅地进入内球道201。

如前所述，当钢球6处于内球道201时，钢球6会受到轨道1球道面和滑块2的内球道201的球道面的挤压，近似成为一个椭球形。如果没有第一修行部2011，那么钢球6进入返向球道5时，会出现跳动或速度减慢的情况，导致滑块2运行不顺畅。为了改善这种情况，本发明在内球道201的球道面两端均设置了第一修行部2011，在钢球6循环滚动的过程中可以起到“卸力出，加力进”的效果，使得滑块2的运行更加顺畅，有利于提高滑块2的运行精度。

为了证明本发明的技术效果，下面通过对比例进行说明。

实施例

采用本发明的直线导轨装置，在滑块运行过程中测试钢球的滚动抵抗值(单位：N)。测试结果如图13所示，在滑块的滑动过程中，滚动抵抗值曲线一直都比较平稳，未见明显的跳动。

对比例

采用现有技术的直线导轨装置(无修行部)，在滑块运行过程中测试钢球的滚动抵抗值(单位：N)。测试结果如图14所示，在滑块的滑动过程中，滚动抵抗值曲线起伏较大，尤其是在转弯处，滚动抵抗值明显增大，表明钢球在此处出现跳动。

对比图13和图14可知，本发明通过结构改进，能够明显提高钢球6滚动的顺畅性，从而提高滑块2的运行精度。

综上所述，本发明的直线导轨装置，通过第一修行部2011，使得钢球6在球道内返向转弯时能够顺畅地通过，从而使得滑块2能够流畅运行，进而提高直线导轨装置的运行精度。通过第一修行部2011和第二修行部301的相互配合，能够进一步使得钢球6更加顺畅地在循环球道内移动。将通油孔303设置在第二表面，通过第二润滑油道304与第一润滑油道302连通，第一润滑油道302与返向球道5相连通，可以减少漏油，使得更多的润滑油能够进入球道内，进而提高滑块2的使用寿命和运行精度。本发明对内球道201的球道面采用曲线研磨方式加工，能够提到球道面连接处的流畅性，减少毛刺的产生，进一步提升钢球6滚动的顺畅性。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要如权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (13)

1.一种直线导轨装置，其特征在于，包括：

轨道(1)，以及

滑块(2)，所述滑块(2)内设有前后贯通的内球道(201)和外球道(202)，所述内球道(201)球道面的两端具有第一修行部(2011)；

两个返向器，两个所述返向器分别位于所述滑块(2)的两端，所述返向器内具有返向球道(5)；

所述外球道(201)、内球道(202)与返向球道(5)共同组成循环球道，所述循环球道内设有多个钢球(6)。

2.如权利要求1所述的直线导轨装置，其特征在于，所述返向器包括：返向块(3)和返向盖(4)，所述返向块(3)嵌设在所述返向盖(4)内，所述返向块(3)具有第一球道面，所述返向盖(4)具有第二球道面，所述第一球道面和第二球道面之间的空间形成所述返向球道(5)。

3.如权利要求2所述的直线导轨装置，其特征在于，所述第一球道面设有第二修行部(301)，所述第二修行部(301)与所述第一修行部(2011)平整过渡。

4.如权利要求2所述的直线导轨装置，其特征在于，所述第一球道面、第二球道面与所述外球道(202)的球道面之间均设有过渡角(9)。

5.如权利要求1所述的直线导轨装置，其特征在于，所述钢球(6)的直径为D；所述内球道(201)的直径为D2，所述外球道(202)的直径为D1，D2＜D＜D1。

6.如权利要求5所述的直线导轨装置，其特征在于，所述第一修行部(2011)的长度L的范围是3D～4.5D。

7.如权利要求6所述的直线导轨装置，其特征在于，所述第一修行部2011的长度L为所述内球道(201)总长度的1/4～3/8。

8.如权利要求3所述的直线导轨装置，其特征在于，所述第一修行部(2011)相对于所述内球道(201)的球道面的深度H沿靠近所述返向块(3)的方向逐渐增大，以使得所述第一修行部(2011)的端部与所述第二修行部(301)之间平整过渡。

9.如权利要求2所述的直线导轨装置，其特征在于，所述返向块(3)的第一表面开设有第一润滑油道(302)，所述返向块(3)的第二表面开设有通油孔(303)和第二润滑油道(304)，所述通油孔(303)与所述第二润滑油道(304)相连通，所述第二润滑油道(304)与所述第一润滑油道(302)相连通。

10.如权利要求2所述的直线导轨装置，其特征在于，所述返向盖(4)上开设有用于安装油嘴(7)的第一安装孔(401)；所述返向盖(4)的侧面上开设有用于安装油嘴(7)的第二安装孔(402)。

11.如权利要求1所述的直线导轨装置，其特征在于，所述内球道(201)的球道面采用曲线研磨方式加工形成。

12.如权利要求2所述的直线导轨装置，其特征在于，所述滑块(2)采用低碳合金钢，所述返向器采用树脂材料。

13.如权利要求1～12任一项所述的直线导轨装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

当滑块(2)在轨道(1)上滑行时，多个钢球(6)在循环球道内循环移动；

当钢球(6)在内球道(201)时，在滑块(2)与轨道(1)的挤压下发生变形，从内球道(201)进入返向球道(5)时，第一修行部(2011)能够起到卸力作用，使得钢球(6)顺畅地通过返向球道(5)；所述钢球(6)从返向球道(5)进入内球道(201)时，第一修行部(2011)能够起到加力作用，使得钢球(6)顺畅地进入内球道(201)。