一种高精度直线模组及其控制方法与流程

本发明涉及一种精密驱动机构，特别涉及一种高精度直线模组及其控制方法。

背景技术：

直线模组最早是在德国开发使用的，市场定位在光伏设备，上下料机械手、裁移设备、涂胶设备和贴片设备等，这种机械手能给这些设备带来的优点有：单体运动速度快、重复定位精度高、本体质量轻、占设备空间小、寿命长。因此直线模组运用的范围一直在扩大，特别是高精度的位移场合。而近几年在我国，直线模组的开发也快速发展，为我国的设备制造发展贡献了不可缺少的功劳。

就当前广泛使用的直线模组可分为2类型：同步带型和丝杆型，其中丝杆型直线模组适用于精度要求更高的场合，因此对丝杆型直线模组的零部件本身和相互配合的精度要求更高。丝杆型直线模组的部件主要包括丝杆、滑块、导轨和驱动电机等，但目前丝杆型直线模组的使用还存在以下的问题：

1.大多数的产品需要客户自己分别采购丝杆、导轨和相关装配件，随后自己进行装配，难以保证各个部件装配的精度，并且装配耗费时间较多；

2.现有的丝杆型直线模组中滑块与直线导轨的接触面为圆面，当丝杆带动滑块在直线导轨上运行时，滑块与直线导轨的接触为线接触，不利于滑块在直线导轨上的位置稳定，使得滑块运行精度难以保证，难于满足丝杆型直线模组高精度运行的需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有丝杆型直线模组大多是使用者自己采购相关零部件装配，难以保证装配精度、且装配耗时较多，而现有丝杆型直线模组中滑块与直线导轨的滑动接触面为圆面形，难以保证滑块运行稳定性和精度的技术问题，提供一种高精度直线模组及其控制方法，该模组将各个部件组装为一体，保证装配精度和性能，并且将基座与滑块的接触面设置为平面结构的滑动面，提高滑块运行的稳定性，保证滑块运行精度；在模组上设置的限位装置能保证滑块的运行安全。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种高精度直线模组，包括组装为一体的丝杆、滑块和基座，所述基座与滑块的接触面为平面结构的滑动面，且滑块与基座相互配合设置有防偏结构，所述防偏结构用于限制滑块偏离滑动方向，且在该模组上还设有限制滑块滑动位置的限位装置。

该模组将各个部件组装为一体，保证装配精度和性能，减少使用者自己装配的时间；该模组将基座与滑块的接触面设置为平面结构的滑动面，将现有的圆面接触模式改为平面接触，大大增大接触面，相对于圆面接触的滑动面增强了滑块运行的稳定性，并且通过滑块与基座相互配合设置的防偏结构，限制滑块偏离滑动方向，更加保证滑块运行的稳定性，保证滑块运行精度；在模组上设置的限位装置更能保证滑块的运行安全，防止滑块与丝杆端部的驱动装置或端盖相撞，避免造成设备损坏，提高装置使用寿命、节约成本。

作为优选，所述基座上安装有板状结构的直线导轨，所述直线导轨包括用于滑块滑动的滑动面，在直线导轨的侧面还设有侧滑槽。安装在基座上的板状结构的直线导轨，其滑动面实现与滑块的平面接触，保证滑块运动精度，而直线导轨的侧面设置的侧滑槽，为防偏结构的一部分，配合滑块上的限位设置，达到防偏目的。

作为优选，所述滑块下方连有与直线导轨相配合滑动的滑座，在滑座的滑动配合面上延伸有与侧滑槽相配合的滑动凸条。在滑块下方连接滑座作为滑动接触部件，对滑块进行保护，减少滑块和基座的损坏，也便于加工和更换损坏部件，更好地控制滑动面的加工精度，进而保证滑块的运行精确性；而滑座上设置的与侧滑槽配合的滑动凸条，等于增加滑座与直线导轨的接触面积，防止滑块滑动时偏离滑动直线方向，相对于现有的圆面接触的结构稳定性大幅度提高，进而保证直线模组的运行稳定性和运行精度。

作为优选，所述侧滑槽对称设置在直线导轨的两侧面，对应地在滑座上设有对称布置的一对滑动凸条，使滑座的下底面形成倒U形结构。在直线导轨的两侧面对称设置侧滑槽，对应在滑座上设置成对的滑动凸条，组成更为可靠的滑动结构和防偏结构，当滑座与直线导轨接触时，滑座分别与直线导轨的滑动面、以及侧滑槽接触，形成三面接触的滑动形式，进一步提高滑块滑动的稳定性，保证滑块运行精度，即直线模组的运行稳定性和精度。

作为优选，所述基座为型材，在基座上与直线导轨对应设有相互平行的两条滑道，两条滑道之间的距离与直线导轨的尺寸相适应， 每个滑道的槽宽与滑座相适应。适应于滑座的结构，为滑座滑动提供空间。

作为优选，所述滑块上设有丝杆安装孔，所述丝杆安装孔为台阶孔，即第一台阶孔和第二台阶孔，所述第一台阶孔的直径大于第二台阶孔的直径，所述第一台阶孔延伸至滑块本体的端面，即法兰安装端面，所述法兰安装端面上设置有用于安装丝杆法兰的法兰连接孔。在滑块上设置的丝杆安装孔为台阶孔，便于安装丝杆法兰，即将法兰与丝杆的接触端面延伸进入第一台阶孔内，增加法兰与丝杆螺母的接触面，增加滑块的使用寿命；达到比较好的滑动效果，丝杆与导轨的平行度好，增加滑块的使用寿命。

作为优选，在基座的两端分别连有端盖和用于驱动丝杆转动的驱动装置，所述驱动装置为电机，所述电机与基座相连。

作为优选，所述限位装置为限位开关。所述限位开关与电机的控制开关相连，当滑块位置达到限位开关位置时，强制断电，保护滑块，以免滑块与电机或端盖相撞。

作为优选，在靠近电机的丝杆上配设有弹性联轴器。增设缓冲作用的弹性联轴器，起到减振和提高轴系动态性能的作用，减小丝杆的回程间隙，保证直线模组的运行精度。

作为优选，在直线导轨上还连有用于支撑丝杆的支撑板，所述支撑板上与丝杆对应设有丝杆支撑孔，并在丝杆支撑孔内设有限制轴承轴向运动的限位部。该支撑板对丝杆进行支撑，增加丝杆的稳定支撑点，增加整个直线模组可适应的推力范围；并丝杆安装孔内增设限制轴承轴向运动的限位部，减小或消除丝杆的回程间隙，保证直线模组的运行精准性。

作为优选，所述端盖上与丝杆对应设有端盖支撑孔，所述端盖支撑孔为台阶孔，其中大径孔延伸至靠近滑块的端盖端面上，所述小径孔的直径小于丝杆轴承的直径。该丝杆端盖通过将丝杆安装孔设置为台阶孔，且靠近滑块的端盖端面侧的孔径更大，即用于安装丝杆轴承的大径孔，而将小径孔的直径设为比丝杆轴承的直径小，在丝杆、丝杆轴承和该丝杆端盖组合后，在丝杆转动带动滑块运动、或者当直线模组设置在竖直方向、倾斜方向时，通过丝杆轴承负载，且能通过小径孔限制轴承的位置，防止轴承掉落。

作作为优选，所述端盖上还设有用于与直线导轨连接的基座连接孔，所述基座连接孔位于端盖支撑孔下方。

根据上述的高精度直线模组的产品，现提供一种其控制的方法：

一种高精度直线模组的控制方法，包括以下步骤：

(1)首先在滑块上安装需要精密控制的运行部件；

(2)然后启动驱动装置驱动丝杆旋转，带动滑块运行，进而带动运行部件到达指定位置；

(3)当滑块位置达到限位开关位置时，限位开关强制断电，停止滑块运行；

(4)在滑块运行过程中，弹性联轴器减小丝杆的回程间隙，保证直线模组运行。

该控制方法利用高精度直线模组带动运行部件运动，由于其滑座与导轨的接触面设置为平面结构的滑动面，且设置有防偏结构，使得运行部件运行稳定、运行精度高；而限位开关的设置保证滑块的运行安全，防止滑块与丝杆端部的零部件相撞，避免造成设备损坏，在丝杆驱动装置端设置的弹性联轴器，起到减振和提高轴系动态性能的作用，减小丝杆的回程间隙，使得在模组运行过程中对运行部件的控制精度高，满足设备高精度操作的需求。

作为优先，所述滑座上的滑动凸条与直线导轨的侧滑槽配合安装，在基座上对应与滑座设置有用于滑动的滑道。基座上设置的滑道适应于滑座的结构，为滑座滑动提供空间，便于滑座与直线导轨的配合安装。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、该模组将各个部件组装为一体，保证装配精度和性能，减少使用者自己装配的时间；该模组将基座与滑块的接触面设置为平面结构的滑动面，将现有的圆面接触模式改为平面接触，大大增大接触面，相对于圆面接触的滑动面增强了滑块运行的稳定性，并且通过滑块与基座相互配合设置的防偏结构，限制滑块偏离滑动方向，更加保证滑块运行的稳定性，保证滑块运行精度；在模组上设置的限位装置更能保证滑块的运行安全，防止滑块与丝杆端部的驱动装置或端盖相撞，避免造成设备损坏，提高装置使用寿命、节约成本；

2、安装在基座上的板状结构的直线导轨，其滑动面实现与滑块的平面接触，保证滑块运动精度，而直线导轨的侧面设置的侧滑槽，为防偏结构的一部分，配合滑块上的限位设置，达到防偏目的；

3、在滑块下方连接滑座作为滑动接触部件，对滑块进行保护，减少滑块和基座的损坏，也便于加工和更换损坏部件，更好地控制滑动面的加工精度，进而保证滑块的运行精确性；而滑座上设置的与侧滑槽配合的滑动凸条，等于增加滑座与直线导轨的接触面积，防止滑块滑动时偏离滑动直线方向，相对于现有的圆面接触的结构稳定性大幅度提高，进而保证直线模组的运行稳定性和运行精度；

4、而该高精度直线模组的控制方法利用高精度直线模组带动运行部件运动，由于其滑座与导轨的接触面设置为平面结构的滑动面，且设置有防偏结构，使得运行部件运行稳定、运行精度高；而限位开关的设置保证滑块的运行安全，防止滑块与丝杆端部的零部件相撞，避免造成设备损坏，在丝杆驱动装置端设置的弹性联轴器，起到减振和提高轴系动态性能的作用，减小丝杆的回程间隙，使得在模组运行过程中对运行部件的控制精度高，满足设备高精度操作的需求。

附图说明：

图1是本发明高精度直线模组的结构示意图。

图2为图1中滑块的结构示意图。

图3图2的主视剖视图。

图4为图3的仰视图。

图5为图1中基座的结构示意图。

图6为图1中端盖的结构示意图。

图7为图6的A-A向剖视图。

图8为图1中滑座的结构示意图。

图9为图1中直线导轨的结构示意图。

图10为图9的主视图。

图11为图10的左视图。

图中标记：1-端盖，101-端盖支撑孔，102-基座连接孔，2-丝杆，3-滑块，301-组合安装孔，302-法兰连接孔，303-丝杆安装孔，304-U形槽，4-支撑板，5-弹性联轴器，6-电机，7-限位开关，8-基座，9-滑座，901-滑动凸条，902-滑座连接孔，10-直线导轨，1011-侧滑槽，1012-导轨安装孔。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

如图1至图11所示，本实施例的高精度的直线模组，包括组装为一体的丝杆2、滑块3和基座8，所述基座8与滑块3的接触面为平面结构的滑动面，且滑块3与基座8相互配合设置有防偏结构，所述防偏结构用于限制滑块3偏离滑动方向，在基座8的两端分别连有端盖1和用于驱动丝杆转动的驱动装置，且在该模组上还设有限制滑块3滑动位置的限位装置。

具体地，实现基座8与滑块9之间的平面结构的滑动面及防偏结构的具体设置如下：在基座8上安装有板状结构的直线导轨10，所述直线导轨10包括用于滑块滑动的滑动面，在直线导轨10的侧面还设有侧滑槽1011。

而对应地，在滑块3下方连有与直线导轨10相配合的滑座9，在滑座9的滑动配合面上延伸有与侧滑槽1011相配合的滑动凸条901。

在基座上设置直线导轨、在滑块下方对应设置滑座，这样在滑块滑动过程中实际接触的是滑座和直线导轨，减少滑块和基座的损坏，也便于加工，更好地控制滑动面的加工精度，进而保证滑块的运行精确性；在实际使用过程中，通过提高滑动面的平面度等级，能使滑块的滑动精度达到μm级别，比起之前的圆面接触的滑动面滑动精度提高较多，采用圆面接触的滑块精度只能达到mm级别；

另外，在直线导轨侧面设置的侧滑槽、以及滑座上对应设置的滑动凸条，等于增加滑座与直线导轨的接触面积，增加滑块在滑动过程中的稳定性，进而保证直线模组的运行稳定性和运行精度。

更进一步地，如图9至图11所示，本实施例中的侧滑槽1011对称设置在直线导轨10的两侧面，如图8所示，对应地在滑座9上设有对称布置的一对滑动凸条901，使滑座9的下底面形成倒U形结构。在直线导轨的两侧面对称设置侧滑槽，对应在滑座上设置成对的滑动凸条、且成对的滑动凸条形成倒U字形的结构，当滑座与直线导轨接触时，滑座分别与直线导轨的滑动面、以及侧滑槽接触，构成滑座包裹直线导轨的结构，形成三面接触的滑动形式，进一步提高滑块滑动的稳定性，保证滑块运行精度，即直线模组的运行稳定性和精度。

进一步地，如图2至图4所示，所述滑块3的底面上设置有安装滑座9的凹槽，所述凹槽与滑座9形状相适应，所述凹槽为U形槽304。在滑块底面上设安装滑座的凹槽，便于滑座的安装，在滑座带动滑块运动时，利用凹槽侧面对滑块施力，不单靠滑块和滑座的连接件带动滑块运动。

进一步地，如图5所示，所述基座8为型材，在基座8上与直线导轨10对应设有相互平行的两条滑道，两条滑道之间的距离与直线导轨10的尺寸相适应， 每个滑道的槽宽与滑座9相适应。如图9所示，在直线导轨10上设有多个导轨安装孔1012，配合连接件与型材连接，实现直线导轨10与基座8的连接。

进一步地，所述导轨安装孔1012为沉孔，便于隐藏连接件，保证滑动面的平整性。

如图2和图4所示，所述滑块3上设有丝杆安装孔303，所述丝杆安装孔303为台阶孔，即第一台阶孔和第二台阶孔，所述第一台阶孔的直径大于第二台阶孔的直径，所述第一台阶孔延伸至滑块的法兰安装端面，在法兰安装端面上设置有用于安装丝杆法兰的法兰连接孔302。在滑块上设置的丝杆安装孔为台阶孔，便于安装丝杆法兰，即将法兰与丝杆的接触端面延伸进入第一台阶孔内，增加法兰与丝杆螺母的接触面，增加滑块的使用寿命；达到比较好的滑动效果，丝杆与导轨的平行度好，增加滑块的使用寿命。

另外，从图2和图4中可以看到，在滑块3上设有贯穿其本体的组合安装孔301，同时如图8所示，在滑座9上对应设有滑座连接孔902，使用连接件将滑座9和滑块3连接起来。

综上所述，本实施例的直线模组将各个部件组装为一体，保证装配精度和性能，减少使用者自己装配的时间，且避免因装配不当影响模组性能；该模组将基座与滑块的接触面设置为平面结构的滑动面，具体是在基座上设置直线导轨、在滑块下方对应设置滑座，这样在滑块滑动过程中实际接触的是滑座和直线导轨，减少滑块和基座的损坏，也便于加工，更好地控制滑动面的加工精度；

同时，在直线导轨侧面设置的侧滑槽、以及滑座上对应设置的滑动凸条，等于增加滑座与直线导轨的接触面积，构成滑座包裹直线导轨的结构，形成三面接触的滑动形式，进一步提高滑块滑动的稳定性，限制滑块偏离滑动方向，进而保证直线模组的运行稳定性和运行精度，减少对丝杆的损坏，控制综合使用成本。

实施例2

如图1至图11所示，根据实施例1所述的高精度的直线模组，所述驱动装置为电机6，所述电机6与基座8相连。

进一步地，在靠近电机8的丝杆2上配设有弹性联轴器5。增设缓冲作用的弹性联轴器，起到减振和提高轴系动态性能的作用，减小丝杆的回程间隙，保证直线模组的运行精度。

本实施例中，在基座8上还连有用于支撑丝杆2的支撑板4，所述支撑板4上与丝杆2对应设有丝杆支撑孔，并在丝杆支撑孔内设有限制轴承轴向运动的限位部；如图1所示，所述支撑板4设置在靠近电机6的丝杆上。该支撑板对丝杆进行支撑，增加丝杆的稳定支撑点，增加整个直线模组可适应的推力范围；并丝杆安装孔内增设限制轴承轴向运动的限位部，减小或消除丝杆的回程间隙，保证直线模组的运行精准性。

具体地，如图1所示，所述弹性联轴器5安装在支撑板4和电机6之间的丝杆上。

本实施例中，所述限位装置为限位开关7。如图1所示，在在基座8的两端设有2个限位开关7，所述限位开关与7电机的控制开关相连，当滑块3位置达到限位开关7的位置时，强制断电，保护滑块，以免滑块与支撑板或端盖相撞。

进一步地，如图1、图5和6所示，在端盖1上与丝杆2对应设有端盖支撑孔101，所述端盖支撑孔101为台阶孔，其中大径孔延伸至更靠近滑块3的端盖端面上，所述小径孔的直径小于丝杆轴承的直径。该丝杆端盖通过将丝杆安装孔设置为台阶孔，且靠近滑块的端盖端面侧的孔径更大，即用于安装丝杆轴承的大径孔，而将小径孔的直径设为比丝杆轴承的直径小，在丝杆、丝杆轴承和该丝杆端盖组合后，在丝杆转动带动滑块运动、或者当直线模组设置在竖直方向、倾斜方向时，通过丝杆轴承负载，且能通过小径孔限制轴承的位置，防止轴承掉落。

具体地，所述端盖1上还设有用于与基座8连接的基座连接孔102，所述基座连接孔102位于端盖支撑孔101下方。便于将端盖固定在基座端部，利于对丝杆支撑。

实施例3

如图1所示，根据实施例1或实施例2所述的高精度直线模组，其控制方法，包括以下步骤：

(1)首先在滑块3上安装需要精密控制的运行部件；

(2)然后启动驱动装置驱动丝杆2旋转，带动滑块3运行，进而带动运行部件到达指定位置；

(3)当滑块3因意外失控，其位置达到限位开关7位置时，限位开关7强制断电，停止滑块3运行；

(4)在滑块3运行过程中，弹性联轴器5减小丝杆2的回程间隙，保证直线模组运行。

进一步地，所述滑座9上的滑动凸条901与直线导轨10的侧滑槽1011配合安装，在基座8上对应于滑座9设置有用于滑动的滑道。基座上设置的滑道适应于滑座的结构，为滑座滑动提供空间，便于滑座与直线导轨的配合安装。

综上，该控制方法利用高精度直线模组带动运行部件运动，由于其滑座与导轨的接触面设置为平面结构的滑动面，且设置有防偏结构，使得运行部件运行稳定、运行精度高；而限位开关的设置保证滑块的运行安全，防止滑块与丝杆端部的零部件相撞，避免造成设备损坏，在丝杆驱动装置端设置的弹性联轴器，起到减振和提高轴系动态性能的作用，减小丝杆的回程间隙，使得在模组运行过程中对运行部件的控制精度高，满足设备高精度操作的需求。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。