TWM494230U - 改善線性滑軌之剛性與阻尼的輔助滑塊及應用其之工作平台 - Google Patents

Description

改善線性滑軌之剛性與阻尼的輔助滑塊及應用其之工作平台

本創作係有關一種線性滑軌之輔助滑塊，尤指應用於精密工具機、機器人及工業自動化設備的線性滑軌，能夠改善線性滑軌之剛性與阻尼的輔助滑塊。

線性滑軌是一種高精度的運動機構組件，如第一圖所示，主要構造元件含導軌10(rail)、滑塊20(slide unit,slider,slide block,or carriage，亦稱滑座)及多數滾動體30(rolling element)，三個部分。滑塊20用以固定及承載工作平台及加工件，而滾動體30多為滾珠(ball)或滾柱(roller)，導軌10與滑塊20之間透過滾動體30做相對運動，進而使工作平台直線移動，完成高精度線性運動，由於其間兩者之接觸為點或線，故摩擦阻抗非常低，約僅有滑動摩擦之2%、係數約在0.004左右。

由於彈性變形的理論，如第二圖所示，當有外力施加於滑塊20上時，線性滑軌內部的滾動體30會有微小的彈性變形(如圖中虛線所示)，但彈性變形並非永久變形，當所施加之外力移除後，該滾動體30還是會變回原來的形狀，因此在施加的外力若是隨時間變化、或大小不一時(例如工具機之切削力等)，該滾動體30的彈性變形變化過 程中，就產生了許多製程上的不利因素。因此，許多不同的設計方式或技術從而產生，縱觀這些方法或專利中，除了主動由控制器以補償方法處理外，大致上可以分成幾個大類：(一)提高線性滑軌之剛性：主要係從「減少滾動體的彈性變形」為改良出發點。例如，改變滾動體的幾何尺寸、數量、相對配置，及滾動體的預壓等方式；(二)增加高線性滑軌之阻尼：主要係從「讓滾動體的彈性變形變化快速停止」為改良角度出發，即是以「若產生振動，讓該振動快速衰減、停止」之構想。例如，在滑塊和導軌間增加多個微小面接觸滑動零件、改用高阻尼之材質、或改成液壓滑塊以油膜厚度提供較高之阻尼特性等；(三)同時改善線性滑軌之剛性與阻尼：此方式是比較符合業界需求，也是較進步的一種方式，多是以額外加入一輔助滑塊來達成。

本創作提出一種改善線性滑軌之剛性與阻尼的輔助滑塊，能在安裝輔助滑塊時，以及工作平台無負荷的狀態移動時，使線性滑軌的導軌、滾動體與滑塊間以點、線接觸，最能滿足低摩擦、低阻抗、快速移動與迅速定位需求；反之，當工作平台有負荷時，例如工作平台上面設置工件或正在加工工件的狀態下，工作平台係靜止或低速緩慢移動，如此透過輔助滑塊提高線性滑軌的剛性，減少 線性滑軌之變形，提升工作平台及加工的精密度。

本創作改善線性滑軌之剛性與阻尼的輔助滑 塊，其較佳技術方案包括：一用於設置在一線性滑軌的導軌的輔助滑塊，該輔助滑塊的頂部具有一承載面，該輔助滑塊的底部具有一匹配於該導軌的滑槽；且該輔助滑塊在該滑槽與該承載面之間具有一漸硬接觸結構，該漸硬接觸結構包括一或一個以上承受該承載面垂直方向荷重而可變形的低剛性變形部，一承受該承載面垂直方向荷重而可下降的高剛性第一支撐面，及一對應該高剛性第一支撐面的高剛性第二支撐面，該高剛性第一支撐面與該高剛性第二支撐面之間具有一容許間隙。

當上述該輔助滑塊在安裝時或無負荷時，仍然 利用線性滑軌的滾動體滿足低摩擦、低阻抗、快速移動與迅速定位需求；反之，當工作平台上面設置工件，或正在工作平台上加工工件的狀態下，其負荷使該漸硬接觸結構的低剛性變形部依負荷大小而彈性變形，當負荷使該高剛性第一支撐面下降直到接觸高剛性第二支撐面時，形成面接觸的狀態，因此能夠提高線性滑軌的剛性。

本創作並提出一種應用該輔助滑塊之工作平 台，其較佳的技術方案包括：一工作平台，至少一設置於該工作平台底面的導軌，二個活動設置在該導軌上的滑塊，該滑塊結合在該工作平台的底面，及該輔助滑塊的滑槽滑動地套合在該導軌上，並位於該兩個滑塊之間，該輔助滑塊的承載面結合在該工作平台的底面，透過輔助滑塊 改善線性滑軌之剛性與阻尼，並提升工作平台的精密度。

依上述本創作設計所得之輔助滑塊，在歸類上仍可歸屬於前述第(三)類者，即同時改善線性滑軌之剛性與阻尼者。此外，由上述之說明可知：線性滑軌如果可以有較高之剛性，其所產生之振動幅將較小，從而使得需要讓該振動消失之阻尼，也可以較小或於更短的時間內消失。

100‧‧‧線性滑軌

10‧‧‧導軌

20‧‧‧滑塊

30‧‧‧滾動體

40‧‧‧工作平台

1‧‧‧輔助滑塊

11‧‧‧承載面

12‧‧‧滑槽

121‧‧‧上槽壁

122‧‧‧側槽壁

123‧‧‧第二凸塊

124‧‧‧第一滑面

125‧‧‧第三凸塊

126‧‧‧第二滑面

13‧‧‧漸硬接觸結構

131‧‧‧低剛性變形部

132‧‧‧高剛性第一支撐面

133‧‧‧高剛性第二支撐面

134‧‧‧容許間隙

135‧‧‧貫穿部

136‧‧‧上內壁

137‧‧‧第一凸塊

138‧‧‧下內壁

139‧‧‧貫穿孔

14‧‧‧第一塊體

141‧‧‧上端面

15‧‧‧第二塊體

16‧‧‧固定元件

第一圖為習知線性滑軌結構之剖面示意圖。

第二圖為習知線性滑軌之滾動體彈性變形之示意圖。

第三圖為本創作應用輔助滑塊之工作平台之分解示意圖。

第四圖為本創作應用輔助滑塊之工作平台之斷面示意圖。

第五圖為本創作輔助滑塊較佳實施例之立體示意圖。

第六圖為本創作輔助滑塊較佳實施例之端面示意圖。

第七圖為本創作容許間隙較佳實施例之放大示意圖。

第八圖為本創作輔助滑塊另一較佳實施例之立體示意圖。

第九圖為本創作輔助滑塊另一較佳實施例之分解示意圖。

第十圖為本創作簡化面接觸特性之雙直線接觸示意圖。

茲依附圖實施例，將本創作的裝置組成特徵及 其他作用、目的，詳細說明如下：參閱第三圖及第四圖所示，本創作改善線性滑軌之剛性與阻尼的輔助滑塊，係在線性滑軌100的兩滑塊20之間的導軌10加入一特殊結構的輔助滑塊1，使輔助滑塊1參與支撐工作平台40的負荷，如此透過該輔助滑塊1特別設計的一漸硬接觸結構改善線性滑軌100之剛性與阻尼。

如第五圖及第六圖所示，該輔助滑塊1較佳的 採用金屬材料製成一矩型或其他形狀的塊體，該輔助滑塊1的頂部具有一承載面11，用於結合在工作平台40的底面或其他適當的選定面，該輔助滑塊1的底部實施有一匹配於該線性滑軌100(導軌10)的滑槽12，該滑槽12為連通該輔助滑塊1兩端的直槽。該輔助滑塊1設有一漸硬接觸結構13位於該承載面11與該滑槽12之間的部位，該漸硬接觸結構13具體的包括一或一個以上承受該承載面11垂直方向荷重而可變形的低剛性變形部131，一承受該承載面11垂直方向荷重而可下降的高剛性第一支撐面132，及一對應該高剛性第一支撐面132的高剛性第二支撐面133，並在該高剛性第一支撐面132與該高剛性第二支撐面133之間形成有一容許間隙134(如第七圖所示)，該容許間隙134較佳的實施為0.05mm~0.1mm，藉此構成本創作改善線性滑軌之剛性與阻尼的輔助滑塊。

再如第五圖及第六圖所示，上述該輔助滑塊1 的漸硬接觸結構13具體的實施例之一包括：一連通於該輔助滑塊1兩端的貫穿部135，如圖所示可實施為一貫穿的 槽，該貫穿部135的上內壁136形成一向下延伸的第一凸塊137，以該第一凸塊137的底面形成上述該高剛性第一支撐面132，而該貫穿部135的下內壁138則形成上述該高剛性第二支撐面133。而且，該貫穿部135的兩側分別形成一圓形的貫穿孔139，該貫穿孔139連通該貫穿部135，且該貫穿孔139的直徑大於該貫穿部135上內壁136與下內壁138之間的高度，使該貫穿孔139與該承載面11之間的部位的厚度，小於該上內壁136與該承載面11之間的部位的厚度；藉此，利用該貫穿孔139與該承載面11之間的部位，以及該上內壁136與該承載面11之間的部位，形成上述該低剛性變形部131，當該承載面11承受垂直方向荷重時，透過該低剛性變形部131的逐漸變形，使該高剛性第一支撐面132最後可抵靠在該高剛性第二支撐面133。

再如第五圖及第六圖所示，本創作上述該滑槽 12較佳的結構包括一上槽壁121及兩側槽壁122，該上槽壁121形成一向下延伸的第二凸塊123，該第二凸塊123的底面具有一接觸該線性滑軌100的導軌10頂面的第一滑面124，該兩側槽壁122分別形成一向中心凸伸的第三凸塊125，該第三凸塊125具有一接觸該線性滑軌100的導軌10側面的第二滑面126。

再如第五圖及第六圖所示，本創作上述該輔助 滑塊1較佳為一體成型的矩型金屬塊體，在矩型金屬塊體實施上述的該承載面11、該滑槽12及該漸硬接觸結構13。或如第八圖及第九圖所示，該輔助滑塊1也可以實施為組合式 結構，如圖所示包括一第一塊體14及一第二塊體15。該第一塊體14的上端面141向下加工形成該貫穿部135的下內壁138與兩側的貫穿孔139，以該下內壁138作為高剛性第二支撐面133，並在該第一塊體14的下端加工形成上述該滑槽12。而該第二塊體15透過螺絲等固定元件16結合在該第一塊體14的上端面141，該第二塊體15的下端端面作為上述該貫穿部135的上內壁136，並且加工形成該第一凸塊137，進而形成上述該高剛性第一支撐面132。當該第一塊體14與該第二塊體15組合完成之後，就能在該高剛性第一支撐面132與該高剛性第二支撐面133之間形成上述該容許間隙134，其較佳的間隙一樣是在0.05mm~0.1mm之間。

本創作基於上述該輔助滑塊1的技術特徵，並 提出一種應用該輔助滑塊1的工作平台，如第三圖所示，其較佳的實施例包括：一工作平台40，至少一設置於該工作平台40底面的線性滑軌100，該線性滑軌100包括一導軌10，二個活動設置在該導軌10上的滑塊20，該滑塊20結合在該工作平台40的底面，及上述該輔助滑塊1的滑槽12滑動地套合在該導軌10上，並位於該兩個滑塊20之間，該輔助滑塊1的承載面11並結合在該工作平台40的底面，用以輔助承受該工作平台40的垂直荷重。

參考第十圖說明本創作之漸硬接觸面特性曲 線，透過本創作該輔助滑塊1的漸硬接觸結構13，因上述該低剛性變形部131及該容許間隙134結構，使該輔助滑塊1與導軌10形成軟接觸或剛性較小的狀態，因此有利於該輔助 滑塊1組裝在導軌10，及無垂直荷重或輕度垂直荷重時的快速移動、定位與低阻尼的要求。詳言之，當該輔助滑塊1受到的垂直荷重未達到該低剛性變形部131的剛性質之前，該低剛性變形部131的狀態為OB斜線。

但在加工施力狀態時，由工作平台40傳遞過來 之垂直荷重，透過該輔助滑塊1到達漸硬接觸結構13，使得兩側剛性較弱的低剛性變形部131先變形，該低剛性變形部131的剛性是額定的剛性值，故當變形量到達預設的剛性值，一旦該低剛性變形部131變形量大於剛性值，將因中間的該高剛性第一支撐面132下降，逐漸使上述該容許間隙134縮小，直到該高剛性第一支撐面132接觸到該高剛性第二支撐面133時，該輔助滑塊1的剛性立即增大，故可達成雙直線非線性之面接觸特性。

假定加工負荷大小為(F _D -F _B )，或總負荷為F _D ，則由第十圖中之特性曲線可知，BC區段之剛性隨變形量或荷重急速增加，令該區段之剛性為k _S,BC ，且k _S,BC >>k _S,OB 及k _S,BC >k _R ，則總等效靜剛性k _eq 成為

也就是整個線性滑軌除了原滑塊20之剛性外，也實質增加了該輔助滑塊1在BC區段之高剛性，如此改善習知線性滑軌的剛性與阻尼。

綜上所述，本創作改善線性滑軌之剛性與阻尼的輔助滑塊及應用其之工作平台，已確具實用性與創作性，其技術手段之運用亦出於新穎無疑，且功效與設計目 的誠然符合，已稱合理進步至明。為此，依法提出新型專利申請，惟懇請 鈞局惠予詳審，並賜准專利為禱，至感德便。

100‧‧‧線性滑軌

10‧‧‧導軌

20‧‧‧滑塊

40‧‧‧工作平台

1‧‧‧輔助滑塊

11‧‧‧承載面

13‧‧‧漸硬接觸結構

Claims (9)

1. 一種改善線性滑軌之剛性與阻尼的輔助滑塊，其包括：一用於設置在一線性滑軌的導軌的輔助滑塊，該輔助滑塊的頂部具有一承載面，該輔助滑塊的底部具有一匹配於該導軌的滑槽；且該輔助滑塊在該滑槽與該承載面之間具有一漸硬接觸結構，該漸硬接觸結構包括一或一個以上承受該承載面垂直方向荷重而可變形的低剛性變形部，一承受該承載面垂直方向荷重而可下降的高剛性第一支撐面，及一對應該高剛性第一支撐面的高剛性第二支撐面，該高剛性第一支撐面與該高剛性第二支撐面之間具有一容許間隙。
2. 如請求項1所述改善線性滑軌之剛性與阻尼的輔助滑塊，其中該容許間隙為配合面接觸特性的間隙，該間隙為0.05mm~0.1mm。
3. 如請求項1或2所述改善線性滑軌之剛性與阻尼的輔助滑塊，其中該漸硬接觸結構包括一連通於該輔助滑塊兩端的貫穿部，該貫穿部的上內壁形成一向下延伸的第一凸塊，該第一凸塊的底面形成該高剛性第一支撐面，該貫穿部的下內壁形成該高剛性第二支撐面。
4. 如請求項3所述改善線性滑軌之剛性與阻尼的輔助滑塊，其中該貫穿部的兩側分別形成一貫穿孔，該貫穿孔連通該貫穿部，該貫穿孔的直徑大於該貫穿部上內壁與下內壁之間的高度，該貫穿孔與該承載面之間的部位及該上內壁與該承載面之間的部位形成該低剛性 變形部。
5. 如請求項4所述改善線性滑軌之剛性與阻尼的輔助滑塊，其中該貫穿孔與該承載面之間的部位的厚度小於該上內壁與該承載面之間的部位的厚度。
6. 如請求項5所述改善線性滑軌之剛性與阻尼的輔助滑塊，其中該滑槽包括一上槽壁及兩側槽壁，該上槽壁形成一向下延伸的第二凸塊，該第二凸塊的底面具有一接觸該導軌頂面的第一滑面，該兩側槽壁分別形成一向中心凸伸的第三凸塊，該第三凸塊具有一接觸該導軌側面的第二滑面。
7. 如請求項6所述改善線性滑軌之剛性與阻尼的輔助滑塊，其中該輔助滑塊包括一第一塊體及一第二塊體；該第一塊體的上端面下凹形成該貫穿部的下內壁與兩側的貫穿孔，該第一塊體的下端形成該滑槽；該第二塊體結合在該第一塊體的上端面，該第二塊體的下端端面形成該第一凸塊。
8. 如請求項6所述改善線性滑軌之剛性與阻尼的輔助滑塊，其中該輔助滑塊為一矩型金屬塊體。
9. 一種應用如請求項1所述該輔助滑塊之工作平台，其包括：一工作平台，至少一設置於該工作平台底面的導軌，二個活動設置在該導軌上的滑塊，該滑塊結合在該工作平台的底面，及該輔助滑塊的滑槽滑動地套合在該導軌上，並位於該兩個滑塊之間，該輔助滑塊的承載面結合在該工作平台的底面。