专利名称：导向装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种导向装置，它可用于例如机床或类似的加工工具的线性导向部分，用于引导一活动构件，例如在一静止部分，例如机床床身上引导一工作台。其中，一滑动件具有多个滚动元件，这些元件可沿导轨循环地自由来回移动。更具体地说，本发明涉及对滑动件在滚道轨道上的高速运动的改进。
背景技术：
讫今为止，已知的此种类型的导向装置包括设置在一静止部分上的一导轨，此静止部分例如是机一床床身，且导轨具有形成在其中的滚动件的滚道表面，滚动件例如是滚子；导向装置还包括一滑动件，此滑动件通过多个滚动元件与导轨相连，且当支撑一如工作台之类的活动元件时可沿导轨移动。
该滑动件具有通过滚动元件与导轨的一滚道表面相对的一负载滚道表面，以及与负载滚道表面平行设置的一返回路径。另外，滑动件包括随着滚动元件的滚动而可沿导轨移动的一滑块，以及一对端盖。这些端盖固定在相应的滑块的端面上，且各有一具有U形的转向路径(简称“U型转向路径”)。U型转向路径朝向返回路径引导通过滑块的负载滚道表面与导轨的滚道表面之间的位置上的滚动元件。端盖固定在滑块相应的端面，其结果是负载滚道表面通过U型转向路径与返回路径的端部相连。由此，在滑动件中的环状循环路径就完成了。
循环通过滑动件的环状循环路径的滚动元件滚动通过滑块的负载滚道表面以及导轨的滚道之间的位置。具体地说，当滚动元件承受施加在滑块上的负载时，滚动元件滚动通过一承受负载的负载区域。在无负载的区域中，滚动元件没有负载施加在其上，因而是在无负载的状态下滚动。图7为一无负载区域及有负载区域之间的连接处(部)的放大的截面图。具体地说，该图示出了滚动元件101没有承受负载地滚动通过了一U型转向路径100后进入了导轨102的滚道表面103及滑块104的一负载滚道105之间的一个位置。滑块104的负载滚道表面105和滚动元件101，如滚珠或滚子，可由钢制成，但它并不完全是刚性体而是稍具弹性。在负载区域中，由于承受负载，负载滚道表面105和滚动元件101具有轻微的弹性变形，而在无负载区域中当从负载中释放出来时，滚动元件恢复到它们原始的形状。由于这些原因，构成无负载区域的返回路径以及U型转向路径100的内径大于滚动元件101的直径。然而，在负载区域中的滑块104的负载滚道表面105与导轨102的滚道表面103间的间距比滚动元件101的直径小。因此，当通过无负载区域后的滚动元件101突然进入负载区域时，滚动元件101在负载区域的入口处会受到突然的压缩。结果，滚动元件101的循环会受到一个很大的阻力，因而滚动元件101循环的产生的噪间变大。由于这些原因，为了平滑地、有弹性地使从无负载区域进入负载区域的滚动元件101变形，迄今为止，负载滚道表面105的各纵向端部被隆起。负载区域的各端部向无负载的区域、以一铃形底部的形状被稍稍放宽。通过这种放宽负载区域，从无负载区域滚入负载区域的滚动元件101滚向负载区域的深处，因此消除了滚动元件101的循环阻力及的噪音。
如上所述，构成无负载区域的U型转向路径100由端盖107形成，端盖107不同于具有形成在其上的负载滚道表面105的滑块。为了实现无负载区域与负载区域间滚动元件101的平滑的过渡，端盖107必须精确地相对滑块104设置。在已有技术中，偿试过增加端盖107与滑块104相连中的定位的精确性，办法是将从端盖107中突出的一凸起部配合入在滑块104的端面上形成的一凹孔中，由此使隆起的负载滚道表面105的边缘与在U型转向路径100的内径处的一侧壁表面106相完全匹配。
即使端盖107相对于滑块104在安装中的定位的精确性增加了，由于负载滚道表面105的成形的精确度与塑料端盖107的成形的精确度性之间的相互关系，U型转向路径100的内径处的侧壁表面106变得比负载滚道表面的边缘低，如图7中虚线所示。最终，可能产生这样的情况在负载滚道表面105与U型转向路径100间的连接处，负载滚道表面105的边缘稍稍突出。在这样的情况下，如果滚动元件101从U型转向路径100进入负载区域，滚动元件101将与突出的负载滚道表面105的边缘相碰撞。当滑动件沿导轨低速运动时，这种碰撞不会造成严重的问题；然而，当需要增加滑动件沿导轨移动的速度时，这种碰撞就会成问题。因此，如果滑动件沿导轨移动的速度增加，在某时间内，大量滚珠会与负载滚道表面发生碰撞。导致的后果是，滚动元件在循环时引起的阻力或噪音变得很显著。另外，因为碰撞能与速度的平方成正比，突出的负载滚道表面的边缘变得容易受到损坏。
迄今为止，人们用位于U型转向路径的内径处的一半圆形的导向部分与一端盖或一滑块相连。然而，为了增加环状循环路径的形成的精确度，目前实行一种通过合成树脂注塑在滑块的端面处直接形成半圆形导向部分(如日本专利公开号317762/1995中所述)。
即使在这种情况中，如果不形成一个台阶，负载滚道表面的边缘与其上设有半圆形的导向部分的U型转向路径的内侧表面的匹配还是会遇到困难。即滚动元件的高速循环还是遇到了上述的问题。
发明内容
针对这些缺点本发明旨在提供一种线性导向装置，它可避免滚动元件从一无负载区域滚动进入一负载区域时引起的滚动元件的碰撞的发生，由此消除了滑动件相对于导轨高速运动时会产生的滑动阻力和噪音。
为了达到这个目的，较理想的是，当线性导向装置组装时，负载滚道表面与U型转向路径的内径处的侧壁表面完全匹配且变得连续起来。然而，在组件的形成精度或定位精度中存在着规定的容差。为了使负载滚道表面与侧壁表面间实现完美的匹配，滑动件的主体与端盖必须用相当高的精度机加工，而如此机加工而成的组件必须以相当高的精度加以组装。因此，在实现如此高精度的零件的机加工与装配时会遇到困难。
在根据本发明的线性导向装置中，U型转向路径的内径处的侧壁表面以及负载滚道表面不是刻意地在U型转向路径与负载滚道表面相连的位置上变成连续；而是，形成一台阶，从而使负载滚道表面的入口的边缘变得比侧壁表面低。
通过这样的技术方案，负载滚道表面的纵向边缘与U型转向路径的内径处的侧壁表面相比较是凹进的。由此，试图从U型转向路径进入一负载区域的滚动元件不与负载滚道表面的边缘碰撞，滚动元件可以平滑地从无负载区域进入到负载区域。另外，U型转向路径原先具有比滚动元件大的内径。由此，即使当U型转向路径的内径处的侧壁表面突出超过负载滚道表面的入口的边缘时，试图从负载区载进入U转向通道的滚动元件不会被侧壁表面的一个角度挡住。由此，滚动元件可以平滑地从负载区域进入到无负载区域。
台阶部分的尺寸大约为滚动元件的直径的5％。如此大小的台阶部分可以通过调节负载滚道表面或端盖的成形时的容差而很容易地形成。另外，对于台阶部分的尺寸有一允许的范围。由此形成台阶部分比实现侧壁表面与负载滚道表面的完全匹配的容易得多。
即使当不可能仅通过设定组件形成的精确度或仅通过装配精确的组件来实现U型转向路径的内径处的侧壁表面与负载滚道表面的匹配时，负载滚道表面与侧壁表面间的匹配也可以通过在装配后机加工线性导向装置来实现。具体地说，通过同时打磨相邻的负载滚道表面以及侧壁表面，可消除在负载滚道表面的入口的边缘中相对于侧壁表面的一突出部分，由此完成表面，以使其变得连续而无台阶。因此，这样就仅需少量的劳动就可以保证负载区域与无负载区域间完美的连续性，从而实现滚动元件平滑的循环。
本发明还可以应用在由一花键轴与沿轴移动的一螺母构件组成的一滚珠花键的环状循环路径中，也可应用在由一导轨与一滑动件组成的线性导向装置的环状循环的滚珠循环路径中。
图1是示出了使用本发明的一线性导向装置的实例的立体图；图2是该实施例中的一线性导向装置的正视截面图；图3为沿图2中所示的III-III线截取的截面图；图4为示出了的行将用于本发明的实施例中的滑动件的环状循环路径中的形成一列的滚珠立体图；图5为示出了根据实施例的线性导向装置的U型转向路径与一负载区域间的连接部分实例的放大的截面图；图6为示出了根据实施例的线性导向装置的U型转向路径与一负载区域间的连接部分的另一实例的放大截面图；图7为示出了已有技术的线性导向装置的U型转向路径与一负载区域间的连接部分实例的放大截面图。
具体实施例方式
下面，将参照附图对本发明的几个较佳实施例进行较详细的描述。
以下将参照附图详细描述根据本发明的线性导向装置。
图1为示出了应用了本发明的线性导向装置的实例的剖开的立体图。该线性导向装置包括一导轨1，它具有在其纵向形成的一滚珠滚道11；一滑动件，它通过用作滚动元件的多个滚珠3与导轨1啮合；以及一密封构件5，它与移动方向中的滑动件2的两端处的端面相连，并且与导轨1的上表面及侧表面紧密接触。
如图2所示，导轨1被构造成当沿着垂直轨道1的纵向方向截取时，它大致具有矩形截面的轮廓。用于锚定螺栓插入的安装孔10形成在纵向方向的适当的间隔处，以穿通轨道1。两滚珠滚道槽11形成在轨道1的上表面中，从而使安装孔10位于滚珠槽11之间。另外，一滚珠滚道槽11形成在轨道1的两侧表面上。四个滚珠滚道槽中的每一个形成一深槽的形状，以形成一比滚珠3的球形表面的曲率稍大的曲率。
滑动件2具有用于安装一例如一工作台的可滑动构件(未图示)的安装表面20的一金属滑动块21，以及固定在滑块21的两端面上的一对塑料端盖22、22。一凹进部分形成在滑动件2的下表面中，以使导轨1的上部分以一定的间隙进入凹进部分。因此，滑动件2被构造成具大致马鞍状截面的轮廓。
滑块21具有其上形成有安装表面20的一基础部分21a以及一对边缘(裙部)21b，21b从基础部分21a的相应侧向下延伸。因此，滑块21被构造成可一大致呈马鞍状截面的轮廓。有多个用于以螺栓固定一活动构件的螺栓孔20a形成在安装表面20上。两个负载滚道槽23形成在基础部分21a的下表面中，而一个负载滚道槽23形成在每个边缘(裙部)21b的内侧表面上。由此，形成了总共四个负载滚道槽23，与形成在导轨1中相应的滚珠滚道槽11相对。滚珠3在由负载滚道槽23以及导轨1的滚珠滚道槽11间形成的位置中在负载下移动；也就是在一个负载区域中移动。由此，滑动件2在导轨1上方移动。
两滚珠返回路径24通过钻削形成在滑块21的基础部分21a中，而一个滚珠返回路径24通过钻削形成在每一个边缘(裙部)21b中。滚珠返回路径24与相应的负载滚道槽23平行设置。图3示出了在滑动件2中形成的一环状循环路径的截面图。通过两个大致为U形的反向的路径25(简称为一“U型转向路径”)与相应的负载滚道槽23相通，每一个滚珠返回路径24由各自的端盖22形成。具体地说，一个U型转向路径25向上引导已经完成了通过滑块21的负载滚道槽23滚动的滚珠3，以将滚珠3送到滚珠返回路径24，而另一个U型转向路径25将滚珠3从滚珠返回路径24送向负载滚道槽23。通过用未图示出的安装螺栓将端盖22固定至滑块21，一个用于滚珠3的环状循环路径就被构造在滑动件2中。
如图3所示，在滑块21两侧的移动方向上的端面上盖了一个端盖连接部分40，它用于固定端盖22。用于与端盖22的一内侧表面配合的一台阶定位部分形成在端盖连接部分40上。当端盖22固定在滑块21上时，定位台阶部分可以使端盖22精确定位。端盖连接部分40通过所谓的插入模制的方法可与滑块21一体地形成，这种插入模制的方法是通过注入熔融的树脂至其中具有滑动件21的模具中。端盖连接部分40也可以由轻金属铸造而成以代替树脂，其中的轻金属可以为铝。模制的方法不限于插入模制，滑块21和端盖连接部分40也可以分别独立形成，然后再可将它们组装在一起。
一半圆形的导向部分42——它在U型转向路径的内径处构成了一侧壁表面——从端盖连接部分40突出。导向部分42与端盖22结合构成了U型转向路径25。一半圆形导槽43形成在端盖22中，并构成了位于U型转向路径25的外径处的一侧壁表面。当端盖22固定至端盖连接部分40时，端盖连接部分40的导向部分42与端盖22的导槽43配合，由此构成了U型转向路径25。
与滑块21的两端面相连的盖端安装部分40通过滚珠返回路径24连接在一起。具体地说，滚珠返回路径24通过在滑块21中形成的通孔44的内部周缘表面涂上一层塑料管状体45而形成。这种管状体45与一对端盖安装部分40，40相互连接，该端盖安装部分40覆盖了滑块21的端面。管状体45通过插入模制与端盖安装部分40同时形成，由此涂在滑块21的内周缘表面上。因此，形成在滑块21的端面上的盖端连接部分40通过从滑块21穿过的管状体45相互成为一个整体。端盖连接部分40牢固地固定至金属滑块21上。
由合成树脂制成的一覆层部分46形成在滑块21的基础部分21a的下表面以及边缘(裙部)21b的内表面上，由此使一对端盖连接部分40、40相互连接。覆层部分46也是通过插入模制与端盖连接部分40以及管状体45同时形成的。与管状体45一起，覆层部分46牢固地使一对端盖连接部分40、40固定在滑块21上。覆层部分46形成得离开形成在滑块21中的用于滚珠3的负载滚道槽23。覆层部分46具有引导一滚珠连接构件的一带部分的功能，这将在下文中描述。
在线性导向装置中，滚珠3不是以它们目前的形状置于滑动件2的环状循环路径中的；而是多个滚珠3以如以形成带列的滚珠6的形式置于环状循环路径中的。图4示出了以带形成列滚珠6的一种实例。以带形成列的滚珠6由多个滚珠3以相对于连接带60的预定的间隔连在一起而形成。连接带60具有多个间隔片部分61，各间隔片部分被设置在两个相邻的滚珠3之间。间隔片部分61通过一带部分62连接在一起。在各间隔片部分61的两侧上形成有一球形座63以与相邻的滚珠3的球形表面相接触。各个滚珠3通过位于滚珠3各侧上的一对间隔片片部分61可转动地包围住。在这一情况下，多个滚珠3通过连接带60连接在一起。如图3所示，滚珠3以一个单一形成列的滚珠6的形状置于滑动件2的各环状循环路径中。为了防止当滚珠循环通过循环路径时连接带60发生扭结，在滚珠移动的方向中构成返回路径的塑料管状体45的内部周缘表面中形成一对槽47。连接带60的带部分62沿槽47被引导。类似的槽形成在位于滑块21的各负载滚道槽23的两侧上的覆层部分46的区域中。
图5示出了在环状循环路径中的U型转向路径25以及负载区域之间的连接部的一放大截面图。当滚珠滚动在一种没有负载施加在滚珠3上的无负载状态中通过U返回路径25后，滚珠3滚向滑动件2的负载滚道槽23以及导轨1的滚道槽11之间的一负载区域中。在负载区域中，滚珠在承受施加在滑动件2上的负载的同时进行滚动。U转向路径25的内径(它是一个无负载区域)，被设置成比滚珠直径稍大。当然，U型转向路径25的进口，也就是U型转向路径25的内径处的侧壁表面50和导轨1的滚道槽11之间的一段距离d1，同样也被设置成比滚珠3的直径稍大。而在负载区域中，当滚珠承受着负载时，它被夹在滑动件2的负载滚道槽23以及导轨1的滚道槽11之间。负载滚道槽23以及滚道槽11之间的最大的距离d2大致与滚珠3的直径相同。如果负载加到了滑动件2上或预负载加到了滚珠3上，距离d2就变得比滚珠33的直径小。由此，如果负载滚道槽23在负载区域的整个长度上完全与导轨1平行地形成，从无负载区域进负载区域中的滚珠3在区域之间的边界中被突然的压缩，由此阻碍了滚珠3平滑的循环。如图5所示，一个隆起的区域A设置在负载区域的两端处的负载滚道槽23中。负载滚道槽23以及滚道槽11之间的距离设置得当接近U型转向路径25时逐渐加宽。由于在负载滚道槽23中的隆起区域A的存在，从无负载区域进入到负载区域后的滚珠3在前进中受到负载时是逐渐被压缩的，因此实现了滚珠3的平滑的循环并减少了噪音。
一向上的导向物49形在相邻于导轨1的端部的端盖22的导槽43的端部处，它用于引导滚珠3以使其从导轨1的滚道槽11脱开。当滚珠3从负载中释放出来而从负载区域进入U型转向路径25后，滚珠通过向上导向物49从导轨1的滚道槽11上脱开，并滚动进入U型转向路径25的深处。
位于U型转向路径25的内径处的半圆形导向部分42是通过以上述的注塑方法而固定于滑块21的。在负载滚道槽23的纵向边缘与在导向部分42中形成的U型转向路径25的侧壁表面50的完全匹配时会遇到困难。如果负载滚道槽23与U型转向路径25间不能完全匹配，以及如果负载滚道槽23从侧壁表面50向导轨1突出，即使当以如上所述的方法设置了隆起区域A，已从U型转向路径25进入负载区域的滚珠3会与负载滚道槽23的边缘碰撞。如上所述，滚珠3与负载滚道槽23突然碰撞造成的后果是阻碍了滚珠3的平滑的循环以及噪音也将变大。
如图5所示，根据本发明的线性导向装设置了一个台阶部分51，这样负载滚道槽23的边缘变得比U型转向路径25的内径处的侧壁表面50低。甚至当导向部分42或负载滚道槽23的成形出现错误时，也可防止负载滚道槽23从U型转向路径25的侧壁表面50向导轨1突出。台阶部分51的尺寸大约是滚珠3的直径的5％。结果，可了防止从U型转向路径25进入负载区域的滚珠3与负载滚道槽23的边缘碰撞，由此实现了滚珠3的平滑地循环。这种结构在滚珠3在环状循环路径中以相当高速的运动的情况下是有效的。即使当滑动件以相对于导轨1的高速运动，采用了这种结构的线性导向装置可使滑动件在阻力相当小的情况下移动，并减小噪音的产生，在不设置台阶部分的情况下阻力与噪音会本来是会在滚珠3的移动时产生的。
当有了上述的台阶部分51时，U型转向路径25的侧壁表面50的边缘突出超过负载滚道槽朝向导轨1。如上所述，U型转向路径25的入口的宽度d1比滚珠3的直径大。由此，当滚珠3从负载区域进入U型转向路径25时，它不会被台阶部分51挡住。形成在端盖22中的向上导向部分49设置在滚珠3从负载中释放出来进入U型转向路径25与导向部分49接触的地方。当滚珠3从负载释放开后，它在导轨1的滚道槽11上滚动直至达到向上导向部分49。即使在这方面，从负载区域进入无负载区域的滚珠3被台阶部分51挡住的机会也是没有的。
即使不刻意形成台阶部分51，导向部分42通过注塑形成在滑块21的端面上后，负载滚道槽23的隆起区域A可再次被打磨，这样就可调整负载滚道槽23的边缘以使其与导向部分42的侧壁表面50匹配。这些操作可通过使用一常规工具来实现。如图6所示，如果负载滚道槽23的隆起区域A再次被打磨，就可达到负载滚道槽23与U型转向路径25的内径处的侧壁表面50之间的完全匹配而不用台阶。因此，负载滚道槽23以及侧壁表面50可以被做成连续的。由此，和形成台阶部分51时一样，也可保证滚珠3的平滑的循环。
上面通过使用附图描述了作为举例的几个实施例，其中U型转向路径的内部直径处的导向部分42是与一金属滑块模制成一体的。然而，即使线性导向装置在其导向部分通过端盖与滑块固定的情况下，通过使用本发明仍可以实现滚珠平滑的循环。
在该实施例中，导轨1是线性地形成的。然而，导轨1也可是具有曲率的曲线的形状。
如上所述，在根据本发明的线性导向装置中，试图从U型转向路径进入一负载区域的滚动元件可以平滑地从一无负载区域进一负载区域，反之亦然，不会被负载滚道表面的边缘挡住。因此，当滚动元件在环状循环路径中高速滚动时，可以防止由于滚动作用产造成的阻力或噪音的发生。这样就可以在滑动件与导轨之间实现相当的平滑和安静，以及高速度的相对移动。
权利要求
1.一种导向装置包括一导轨，它具有用于滚动元件的形成在其纵向方向上的滚道表面；一滑动件，它具有与滚道表面相对的一负载滚道表面以及用于滚动元件且与负载滚道表面平行设置的一返回路径；它具有一对反向的路径，它们通过使负载滚道表面与返回路径的两端相连而完成用于滚动元件的环状循环路径；以及它与导轨相连从而可在其间相对移动；以及多个滚动元件，它们在滑动件的负载滚道表面与导轨滚道表面之间的一个位置上承受负载，并且在环状循环路径中循环；其中，在负载滚道表面变得低于反向的路径的内径处的一侧壁表面处有一台阶部分形成在反向路径与负载滚道表面相连的位置上。
2.一导向装置，包括一导轨，它具有用于滚动元件的形成在其中的纵向方向上的滚道表面；一滑动件，它具有与滚道表面相对的一负载滚道表面以及用于滚动元件且与负载滚道表面平行设置的一返回路径；所述滑动件具有一对反向的路径，它们通过使负载滚道表面与返回路径的两端相连而完成用于滚动元件的环状循环路径；以及所述滑动件与导轨相连从而可在其间相对移动；以及多个滚动元件，它们在滑动件的负载滚道表面与导轨滚道表面之间的一个位置上承受负载，并且在环状循环路径中循环；其中，在反向路径与负载滚道表面相连的位置被打磨以使得在反向路径的内径处的一侧壁表面变得与负载滚道表面相连续。
3.如权利要求1或2所述导向装置，其特征在于，所述滑动件包括一金属滑块，它具有负载滚道表面以及形成在其中的返回路径；以及一对由树脂制成的端盖，它固定至滑块的相应的端部上以及各具有形成在其中的反向路径。
4.如权利要求2所述的导向装置，其特征在于，所述滑动件包括一金属滑块，它具有负载滚道表面以及形成在其中的返回路径；以及一对由树脂制成的端盖，它固定至滑块的相应的端部上以及每一端盖具有形成在其中的反向的路径。
全文摘要
一种导向装置包括具有用于滚动元件的纵向形成的滚道表面的一导轨,一滑动件,它具有:(1)与滚道表面相对的一负载滚道表面;(2)用于滚动元件与负载滚道表面平行设置的一反回路径;(3)具有通过把负载滚道表面与返回路径两端相连接以完成用于滚动元件的环状循环路径的一对反向路径。此滑动件与导轨相连以使它们能相对移动,导向装置还包括多个在滑动件的一负载滚道表面与导轨的滚道表面间的一个位置处承受负载且在环状循环路径中循环的滚动元件。在负载滚道表面变得比在反向直径路径的内径处的侧壁表面为低的地方形成一台阶,此台阶位于反向路径连接到负载滚道表面的位置处。
文档编号F16C29/06GK1354067SQ0113749
公开日2002年6月19日 申请日期2001年11月16日 优先权日2000年11月17日
发明者道冈英一, 村田智纯 申请人:Thk株式会社