CN112296523A - 用于激光矫直导轨的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造用于线性滚动轴承的导轨（10）的方法。根据本发明，该方法包括以下步骤，这些步骤以所给出的顺序相继地实施：a）由钢制造导轨（10）的坯件（20）；b）将所述坯件插入到保持装置（40）中，从而使得所述坯件（20）位置固定地被保持；c）测量（60）保持在所述保持装置（40）中的坯件（20），其中沿着所述纵轴线（z）在多个部位上测量与直线形状的偏差；d）用激光射束（53）照射保持在所述保持装置（10）中的坯件（20），其中沿着所述纵轴线（z）在多个部位上，分别在两个关于第一横轴线（x）沿相反方向指向的侧表面（16）之一上，用所述激光射束（53）如此照射表面区段（30），使得所述表面区段被加热到塑性区域中。

Description

用于激光矫直导轨的方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造线性滚动轴承的导轨的方法。

背景技术

例如，从EP 971 140 B1中已知一种线性滚动轴承。导轨的相应的坯件可以例如根据按照DE 10 2014 204 073 A1所述的方法制造。在此，可能出现的是，尽管高度精确的磨削加工导轨在端部处不是完全直的。通常采用所谓的3点式矫直，以便引起导轨的所期望的笔直性。在此，导轨被放置在两个在纵轴线的方向上彼此间隔开的支承件上。在支承件之间将压力施加到导轨上，该导轨通过支承件予以支撑。在此，压力的数值选择为使得实现导轨的小的塑性弯曲。这种方法的缺点在于，其难以自动化。相反，手动地执行该方法，其中，相应的工人根据其经验选择合适的支承点和合适的压力。

本发明的优点在于，相应的方法可以以简单的方式自动化。

发明内容

根据独立权利要求，提出一种用于制造用于线性滚动轴承的导轨的方法，该方法包括以下步骤，这些步骤以所给出的顺序相继地实施：

a）由钢制造导轨的坯件，其中，所述坯件具有至少一个平行于纵轴线延伸的滚道（Laufbahn），所述滚道被硬化并且在需要时被磨削，其中，所述坯件在需要时设有多个固定孔，所述固定孔沿着所述纵轴线分布地布置，其中，所述固定孔横向于所述纵轴线定向；

b）将所述坯件装入到保持装置中，使得所述坯件被位置固定地保持；

c）测量保持在保持装置中的坯件，其中沿着纵轴线在多个部位上测量与直线形状的偏差，尤其是在垂直于纵轴线定向的第一横轴线的方向上进行测量；

d）用激光射束照射保持在保持装置中的坯件，其中沿着纵轴线在多个部位上，分别在两个关于第一横轴线在相反的方向上指向的侧表面中的一个上，用激光射束如此照射表面区段，使得该表面区段被加热塑性区域中，其中该表面区段布置在至少一个滚道旁边，其中待照射的侧表面和表面区段的尺寸根据所提及的测量的结果来选择。

在步骤b）的范围内优选注意，尽可能不出现导轨的影响根据步骤c）的测量的弹性变形。只要这种变形是不可避免的，则保持装置优选地被实施成使得该变形可通过计算来补偿。对此下面还将进一步详细探讨。根据步骤a）的坯件例如可以根据DE 10 2014 204073 A1制造，其中也可以使用在那里作为现有技术描述的方法。在步骤d）的范围内，此外充分利用的是，经照射的表面区段在激光射束关断之后相对快速地冷却，因为热能流出到坯件的剩余材料中，其中，所述热能在那里仅引起小的温度升高。结果在导轨中产生应力，该应力恰好引起坯件的期望的形状改变。在滚道旁边的照射使得滚道的硬度和精确制造的形状不受不利影响。

在从属权利要求中给出了本发明的有利的改进方案和改良方案。

可以规定，步骤c）和d）相应地针对第二横轴线来执行，其中，第二横轴线垂直于第一横轴线和纵轴线定向。由此，可以校正坯件关于两个相互正交的方向的弯曲，即任意的弯曲。

可以规定，坯件在保持装置中的方位（Lage）在加工时关于第一和第二横轴线保持不变。可以考虑的是，在其间再次夹紧坯件，以便能够特别简单地构造相应的装置。然而如上所述，优选特别小心地在保持装置中容纳坯件，以便可靠地设定所期望的方法结果。因此，该步骤应仅执行一次，以便该方法总体上是特别成本有利的。

可以规定，坯件在保持装置中点状地支撑在至少两个支承件上，其中在步骤c中的测量中考虑坯件由于其自重而产生的弹性变形。优选地，坯件被支撑在恰好两个支承件上。由此，虽然由于坯件自重而引起坯件本身不期望的弹性变形，但是可以特别精确地通过计算确定所述变形的程度。与之相应地，补偿是简单可行的。此外，点状的支承机构可以特别可靠地再现，从而可以特别准确地校正坯件的弯曲。

可以规定，坯件在关于第一和第二横轴线进行加工之间关于纵轴线翻转90°。如上面已经提到的那样，由此可以特别简单地实施用于执行所述方法的装置。

可以规定，坯件在保持装置中在其整个长度上至少线状地得到支撑。优选平行于纵轴线实现支撑。第一横轴线优选垂直于纵轴线并且垂直于重力的方向定向。与之相应地，重力不会引起沿第一横轴线方向的弹性变形。线状的支撑部或纵轴线优选垂直于重力的方向定向。

可以规定，经照射的表面区段被构造为伸长的（langestreckt），其中，较长的一侧平行于纵轴线定向。

这种照射仅导致导轨弯曲，其中不会发生导轨关于纵轴线的不期望的扭转。较长的一侧优选构造为直的。较短的一侧可以构造为直的，从而总体上得到矩形的表面区段。相应的角部优选地被倒圆。较短的一侧可以圆形地成型，从而总体上形成长孔状的表面区段。

可以规定，经照射的表面区段被构造为伸长的，其中，较长的一侧倾斜于纵轴线定向。由此可以校正导轨的坯件的不希望的扭转。在传统的3点式矫直中，坯件的关于纵轴线的旋转不能被校正。较长的一侧相对于纵轴线的相应的倾斜角可以例如处于10°到45°之间，其中，优选根据坯件在测量范围内测定的关于纵轴线的旋转来选择该倾斜角。优选地，在扭转校正之后，再次测量坯件，以便以最佳精度校正坯件的弯曲。因此，在扭转校正的范围内可能引入的坯件的附加弯曲不会产生干扰。

可以规定，针对第一和/或第二横向方向分别多次重复步骤c和d，直至在步骤c中测量的与直线形状的偏差低于预先给定的极限值。由此可以实现特别直的导轨。

可以规定，如此选择不同的经照射的表面区段，使得它们不重叠。由此避免，稍后进行的照射的效果再次抵消了较早进行的照射的效果。由此，明显简化对于待照射的表面区段的确定。

可以规定，进行加热直至塑性区域中的深度在0.1 mm至1.5 mm之间。原则上，利用通常的激光射束产生装置可以实现0.01 mm至5.0 mm之间的值。然而，申请人的试验已经表明，在使用所提出的范围时，出现了可特别好地再现的方法结果。

可以规定，坯件设有多个固定孔，这些固定孔分别平行于第一横向方向延伸。根据该定义，在滚道或止挡面之间的侧向的面上进行矫直加工之前在底部面和顶部面上进行矫直加工。优选地，固定孔贯穿坯件。这些固定孔优选地被布置成沿着纵轴线均匀地分布。

可以规定，经照射的表面区段在加工时关于第一横向方向布置在两个分别直接相邻的固定孔之间。在固定孔的区域中难以预测照射的效果。因此，通过所提出的表面区段的布置，简化对于待照射的表面区段的确定。

不言而喻，前面所提到的和后面的还有待解释的特征不仅能够以相应所说明的组合来使用，而且也能够以其它的组合或者单独地使用，而不离开本发明的范围。

附图说明

下面借助附图对本发明进行详细说明。本发明示出：

图1示出了被容纳在保持装置中的坯件的粗略示意性侧视图；

图2示出了坯件在关于第一横轴线的照射期间的粗略示意性横截面；

图3示出了坯件在关于第二横轴线的照射期间的粗略示意性横截面；

图4示出完成加工的导轨的底部面的视图；

图5示出导轨的完成加工的侧面的透视图；

图6示出另一完成加工的导轨的透视图。

具体实施方式

图1示出了容纳在保持装置40中的坯件20的粗略示意侧视图。固定装置40包括第一和第二支承件41、42，所述两个支承件在纵向方向z的方向上彼此间隔开。两个相应的点状支承部位限定纵轴线z 。坯件20放置到第一和第二支承件41、42上，其中由于重力g的作用，坯件大致如当前所示地弯曲，其中，夸大地示出了弯曲部。两个支承件41、42的间距优选地根据待加工的坯件20的长度来如此选择，使得由于重力而产生尽可能小的弹性变形。坯件20优选固定夹紧在两个支承件41、42上，从而它不会移动。夹紧优选这样实施，使得除了点状支承之外不发生由于重力g对坯件20的弯曲的进一步阻碍。因此，可以简单地对弯曲部进行相应的将在下面进一步解释的计算校正。

测量装置60和61例如可以是指机械探测头或激光干涉仪。测量装置60和61能够平行于纵轴线z移动，其中，相应的（未示出的）引导件相对于纵轴线z非常精确地定向，从而能够利用测量装置60和61精确地测量与直线形状的偏差。测量装置61相对于测量装置60枢转90°。在此，第一测量装置60沿着第一横向方向x测量与纵轴线z的间距，该第一横向方向垂直于纵轴线z定向。在此，第二测量装置61测量第二横向方向y的间距，该第二横向方向垂直于纵轴线z并且垂直于第一横向方向x定向。在由测量装置60和61沿着z纵轴线展开的面中，除了直线性之外也确定导轨10的方位和位置。测量装置60和61识别出在需要时存在的固定孔18的方位和位置，这些固定孔沿着纵轴线z分布地布置，其中，这些固定孔横向于纵轴线定向。

在根据本发明的方法的范围内，通过测量装置60和61测定导轨（10）的变形。所获得的测量结果是用于随后的照射的基础。

优选地，在曲率、即测得的变形的二阶导数最高的部位处进行照射。在此，照射优选在导轨的凸形弯曲的一侧上进行。在待照射的区域的尺寸和布置方面，优选考虑当前导轨的横截面形状，因为尤其是其二阶面力矩对可通过照射实现的导轨变形具有决定性的影响。

图2示出了坯件20在关于第一横轴线x照射期间的粗略的示意性横截面。图3示出了坯件20在关于第二横轴线y照射期间的粗略的示意性横截面。如图所示，可以通过将坯件20关于纵轴线z旋转90°来实现相应的90°旋转。优选地，坯件20的夹紧以及进而方位在两个加工中保持相同，其中仅激光偏转装置51的布置改变。优选地，对于两个加工方向分别使用单独的激光偏转装置51。

根据本发明的表面区段（图4中的附图标记30）借助于（粗略示意性示出的）激光射束53制造。激光射束53利用激光射束产生装置50产生。优选地，对于坯件20的所有侧表面16而言，仅存在唯一的激光射束产生装置50，其激光射束根据表面区段的期望方位而被引导至相应的侧表面16。激光产生装置50优选是指如下二极管激光器，所述二极管激光器具有例如6至8 kW的照射功率。

可以理解的是，各个表面区段（图4中的附图标记30）在面积方面明显大于激光射束53在一个时刻照射的面积。与之相应地，设置有如下激光射束偏转装置51，利用所述激光射束偏转装置，激光点或激光光斑能够沿着导轨的表面移动，使得所述激光点或激光光斑逐渐地扫过整个表面区段。激光射束偏转装置51也被称为激光扫描器（https://de.wikipedia.org/wiki/Laserscanning）。它们例如包括可马达式运动的反射镜，借助于所述反射镜可使激光射束偏转。各个激光偏转装置51优选沿着纵轴线z可运动地得到引导。激光射束偏转装置51优选分别经由光波导体52与激光射束产生装置50连接。

在图2和图3中可以看到导轨的或相应的坯件20的横截面形状。导轨具有：顶部面和底部面12、13，它们在第一横轴线x的方向上相互间隔开，其中，它们基本上相互平行地并且垂直于第一横轴线x地布置。底部面13在当前情况下具有两个相互间隔开的支承区域21，这两个支承区域布置在一个平面中，其中切槽（Freistich）22布置在所述两个支承区域之间并且相对于所提及的平面缩回。第一和第二滚道表面14、15在第二横向方向y的方向上彼此间隔开。在滚道表面14、15上在此分别布置有两条滚道11，所述滚道分别平行于纵轴线z延伸。滚道11在此与球形的滚动体相匹配并因此设计为圆形。但是也可以存在用于圆柱形的滚动体的平坦的滚道。滚道11的数量在很大程度上可任意选择。在滚道表面14、15上分别设置一个平坦的止挡面17，该止挡面与底部面13相邻地布置并且垂直于该底部面地定向。利用测量装置（图1中的附图标记60和61）对坯件20的测量优选在滚道11、止挡面17和/或底部面13的支承区域21上进行，因为所提及的面可以特别精确地借助于磨削加工来制造或者处于拉伸的状态中。

在根据图1的保持装置40中，坯件20优选通过支承区域21支撑在第一和第二支承件上，从而坯件如图3所示那样关于剪力g布置。

根据本发明的方法的侧表面16可以是第一或第二滚道面14、15、顶部面12或底部面13。在滚道面14、15上尤其照射滚道11之间的面、止挡面17。在底部面13上的照射优选在切槽22的区域内进行，但是也可以涉及底部面21的支承区域。

图4示出经照射的导轨10的底侧13的视图。可以看到两个支承区域21和布置在它们之间的切槽22。经照射的表面区段30完全被布置在切槽22的区域内。在此，它们优选基本上占据切槽22在第二横轴线y的方向上的整个宽度。它们也可以包括底部面21的支承区域，如附图标记33所示。在纵轴线z的方向上，表面区段30和33布置在固定孔18之间，所述固定孔在此在第一横轴线x的方向上完全贯穿导轨10。

表面区段30和33分别实施为伸长的矩形，其中，较长的一侧31平行于纵轴线z延伸。较短的一侧32平行于第二横轴线y延伸。矩形的角部优选地倒圆。

图4示出了表面区段30和33的布置的一个可考虑的示例。在根据本发明的方法的范围内，尤其是改变较长的一侧31的长度，其中，在图4中示出了固定孔18之间的最大可能的长度。此外，如果表面区段30和33比图4中所示更短，则其在固定孔18之间的方位可以改变。

在顶部面上（图2中的附图标记12），表面区段可以以类似的方式布置。所述表面区段在第二横轴线的方向上的宽度可以在那里设计成不同的，其中，它优选设计成相同的。在滚道之间的两个面上或在止挡面17上，优选基本上完全充分利用沿第一横轴线x方向可供使用的宽度。

图5示出导轨的完成加工的侧面的透视图。尤其可以看到第二滚道面15上的经照射的表面区段。这些表面区段布置在滚道11之间或者布置在止挡面17上。

图6示出另一导轨10的透视图。除了下面阐述的区别之外，该实施方式与在图2至5中示出的实施方式相同地构造，从而与此相关地参考对所提到的附图的实施方案。在图2至图6中，相同或相应的部件用相同的附图标记表示。

表面区段30同样被设计成伸长的，其中，较长的一侧31现在倾斜于纵轴线z来布置。通过这种布置可以校正导轨10关于纵轴线z的旋转。为了测量这种旋转，在限定的位置上测定底部面21的支承区域沿着纵轴线z的第一横轴线x和第二横轴线y的角度（旋转角度α，参见图5），并且由此计算出旋转。在导轨10不旋转的情况下，旋转角度α≈0°。

两个在图5中示出的表面区段30在其相对于纵轴线z的倾斜角度方面不同。相应的坯件与之相应地在两个部位上关于纵轴线z不同地旋转，其中激光指向的导轨10不再旋转。优选根据测量的结果来选择所提及的倾斜角度。

附图标记列表

x 第一横轴线

y 第二横轴线

z 纵轴线

g 重力的方向

α 旋转角度

10 导轨

10´ 导轨（另一实施方式）

11 滚道

12 顶部面

13 底部面

14 第一滚道面

15 第二滚道面

16 侧表面

17 止挡面

18 固定孔

20 坯件

21 底部面的支承区域

22 底部面的切槽

30 表面区段

31 较长的一侧

32 较短的一侧

33 切槽中和底部面的支承区域中的表面区段

40 保持装置

41 第一支承件

42 第二支承件

50 激光射束产生装置

51 激光射束偏转装置

52 光波导体

53 激光射束

60 第一测量装置

61 第二测量装置。

Claims (13)

1.一种制造用于线性滚动轴承的导轨（10）的方法，包括以下步骤，所述步骤以给出的顺序相继地实施：

a）由钢制造导轨（10）的坯件（20），其中，所述坯件（20）具有至少一个平行于纵轴线（z）延伸的滚道（11），所述滚道被硬化并且在需要时被磨削，其中，所述坯件（20）在需要时设有多个固定孔（18），所述固定孔沿着所述纵轴线（z）分布地布置，其中，所述固定孔横向于所述纵轴线（z）定向；

b）将所述坯件插入到保持装置（40）中，从而使得所述坯件（20）位置固定地被保持；

c）测量（60）保持在所述保持装置（40）中的坯件（20），其中沿着所述纵轴线（z）在多个部位上测量与直线形状的偏差，尤其是在垂直于所述纵轴线（z）定向的第一横轴线（x）的方向上进行测量；

d）用激光射束（53）照射保持在所述保持装置（10）中的坯件（20），其中沿着所述纵轴线（z）在多个部位上，分别在两个关于第一横轴线（x）沿相反方向指向的侧表面（16）之一上，用所述激光射束（53）如此照射表面区段（30），使得所述表面区段被加热到塑性区域中，其中所述表面区段（30）布置在至少一个滚道（11）旁边，其中待照射的侧表面（16）和所述表面区段（30）的尺寸根据所提及的测量（60）的结果来选择。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中，步骤c）和d）相应地针对第二横轴线（y）来执行，其中，所述第二横轴线（y）垂直于所述第一横轴线（x）和垂直于所述纵轴线（z）定向。

3.根据权利要求2所述的方法，

其中，所述坯件（20）在所述保持装置（40）中的方位在加工时关于所述第一和第二横轴线（x、y）保持不变。

4.根据权利要求3所述的方法，

其中，所述坯件（20）在所述保持装置（40）中点状地支撑在至少两个支承件（41、42）上，其中在步骤c的测量（60）中考虑所述坯件（20）由于其自重而产生的弹性变形。

5.根据权利要求2所述的方法，

其中，在关于所述第一和第二横轴线（x、y）进行加工之间，将所述坯件（20）关于所述纵轴线（z）翻转90°。

6.根据权利要求5所述的方法，

其中，所述坯件（20）在所述保持装置（40）中在其整个长度上至少线状地得到支撑。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其中，经照射的表面区段（30）被构造为伸长的，其中，较长的一侧（31）平行于所述纵轴线（z）定向。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其中，经照射的表面区段（30）被构造为伸长的，其中，较长的一侧（31）倾斜于所述纵轴线（z）定向。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其中，步骤c和d针对第一和/或第二横向方向（x、y）分别重复多次，直到在步骤c中测量的与直线形状的偏差低于预先给定的极限值。

10.根据权利要求9所述的方法，

其中，不同的经照射的表面区段（30）被如此选择，使得它们不重叠。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其中，进行加热直至塑性区域中的深度在0.1 mm至1.5 mm之间。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其中，所述坯件（20）设有多个固定孔（18），所述固定孔分别平行于所述第一横向方向延伸。

13.根据权利要求12所述的方法，

其中，经照射的表面区段（30）在加工时关于所述第一横向方向（x）布置在两个分别直接相邻的固定孔（18）之间。

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