包括具有轨道嵌体的导轨以及强制导向罩的线性导向系统的制作方法

本实用新型涉及一种线性导向系统，其包括可在规定方向运动的导向件和引导导向件的导轨，所述导向件借助多个滚动件支承在导轨上，而每个滚动件与导轨上所形成的滚动件滚动面中的至少一个相接触，并且与导向件上所形成的滚动件滚动面中至少一个相接触。

背景技术：

在已知的这类线性导向系统中，导向件通常是用来接受在预定方向上移动并被引导的负载。在典型应用中，线性导向系统的导向件，例如可以作为载体来承载一个机器需要被移动的台面板或是其它需要被移动的机器部件。导向件也可以设计成本身就是一个(待移动的)机器台面板或需要被移动的其它的机器部件。

在此处应该将“导轨”理解为任何在其上能够形成滚动件滚动面的结构，并且该结构能够沿着各滚动件滚动面引导导向件和接受经导向件和滚动件滚动面转移的负载。这时必须确保导向件可在规定的公差范围内沿规定方向移动。为此目的，必须将导向件设计成其作为整体在相应的负载的影响下能保持稳定，也即应避免由相应的负载引起变形(在一定公差范围内)。

文献ep1236912a1中公开了一种线性导向系统，其有实心的(一体成型的)导轨和在导轨上被引导的(并且是一体成型的)导向件。该线性导向系统中，导向件通过滚动件支承在导轨上，所述滚动件呈一排或多排在至少一个罩子里前后排列，并且分别与导轨上的滚动件滚动面以及导向件上的滚动件滚动面相接触。为了保证滚动件不会相对导轨或导向件沿各个滚动件滚动面失控滑脱，线性导向系统上装了罩子的强制导向装置。该强制导向装置包括一个固定在罩子上的齿轮和两跟齿杆，其中一根齿杆固定在导轨上，另一根齿杆固定在导向件上，而两根齿杆的齿伸到导轨和导向件之间并与齿轮啮合。该强制导向装置使得罩子、同时也就使罩子里的滚动件相对于导轨和导向件总是处在仅由导向件与导轨的相对位置所确定的一个位置上。

该线性导向系统有很多缺点。为了使线性导向系统的滚动件滚动面在负荷情况下达到较长的使用寿命，导轨和导向件通常必须由轴承钢制成。因此，线性导向系统通常很重。此外，罩子的强制导向装置的所有组件的装配成本也很高。

文献de202004002258u1和wo2006/028142a1中分别公开了带有可沿导轨移动的导向件的线性导向系统，所述导轨由多部分组成，并包括至少一个底座和至少一个轨道嵌体，其间各轨道嵌体通过粘接和/或卡紧方式分别固定在设置在底座上的槽中，并且该轨道嵌体的表面形成各滚动件滚动面中的至少一个。各导向件分别通过至少呈一排位于一个罩子中的滚动件支承在各轨道嵌体的至少一个滚动件滚动面上。

这类线性导向系统的优点是，由于导轨由多部分组成，因此可以实现不同材质的导轨互相连接，并通过选择合适材质使线性导向系统的特定用途得以优化。

根据de202004002258u1，导轨的底座例如可以由第一材料制作，而轨道嵌体由第二材料制作，其间第一材料比第二材料的单位重量轻，而第二材料比第一材料的轧制抗力大。为了保证滚动件滚动面的使用寿命，轨道嵌体例如可以由轴承钢制作。但是没有必要也用轴承钢制作导轨的底座。所述底座例如可以由轻金属、轻合金或其它比轨道嵌体的材料轻的金属制作。通过这种方式就可以使得线性导向系统特别结实而重量减轻，却又能保证滚动件滚动面的使用寿命较长。

上述两种线性导向系统的缺点是，罩子不是相对导轨和导向件被强制引导，从而导致罩子的布置、并由此导致滚动件的布置相对于导向件和导轨可能会发生失控变化。因此该实施方式中的滚动件相对导轨或导向件沿各滚动件滚动面可能发生失控滑脱。

文献jp2003262224中公开了一种线性导向系统，其带有两侧有槽的两个轨道件，槽中有一个轧件单元被引导。该轧件单元具有由啮合结构组成的强制导向装置，其与设置在轧件单元轨道之间的槽相啮合。尽管其为实心结构，但是无法在不损坏强制导向装置的情况下承受高负荷。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供带有位于至少一个罩子中的滚动件和各罩子的强制导向装置的线性导向系统，其有着结实的形状和轻巧的结构，可接受较高负荷，此外能让强制导向装置的安装相对简单。

该目的是通过具有如下所述特征的线性导向系统实现的。

该线性导向系统包括可在规定方向运动的导向件和引导导向件的导轨，导向件借助多个滚动件支承在导轨上，而每个滚动件分别与导轨上所形成的滚动件滚动面中的至少一个相接触，并且与导向件上所形成的滚动件滚动面中的至少一个相接触。

至少一组多个滚动件位于一个罩子中，所述罩子借助强制导向装置相对于导轨和导向件被引导。罩子的强制导向装置包括固定在罩子上的齿轮和至少两排齿排，其间一排齿排位置固定在导轨上，而另一排齿排位置固定在导向件上，使得齿轮与两排齿排都啮合。

本实用新型的线性导向系统的导轨分为多个部分，包括至少一个底座和至少一个轨道嵌体，其间各轨道嵌体借助材料配合连接和/或通过卡紧方式固定在设置在底座上的相应槽中，且该轨道嵌体的一个表面形成各滚动件滚动面中至少一个。此处的“材料配合连接”是指通过粘接、钎焊或熔焊来实现。借助材料配合连接和/或通过卡紧方式固定轨道嵌体就可以将那种很小以致于难以用常规的机械性固定方式(例如螺丝拧紧或铆合)固定在底座上的轨道嵌体也固定住。

底座由第一材料制作，而轨道嵌体由第二材料制作，其间第一材料比第二材料的单位重量轻，而第二材料比第一材料的轧制抗力大。

由于导轨是由多部分组成，因此可以通过为导轨的各底座和各轨道嵌体选择恰当的不同材料使得线性导向系统重量轻但是又结实。

根据本实用新型，轨道嵌体为一个一体成型的部件，而齿排中的一排位于该部件的一个部分区域。因此，这种轨道嵌体包括强制导向装置至少一个工作面和一排齿排。这样的话，强制导向装置的一部分就(制作成一体)和轨道嵌体成为一个整体。

一排齿排与轨道嵌体做成整体有很多优点。一方面，齿排可以使用常规手段并以很高的精确度形成在轨道嵌体表面。例如可以用已知的电化学方法或通过电腐蚀在金属表面(例如钢的表面)极精准地制作一排齿排。在制作齿排时已经可以保证，各齿排相对滚动件滚动面的排列位置在规定的公差范围内。因此将轨道嵌体嵌入底座的槽中时也就自动保证了强制导向装置的齿排相对各滚动件滚动面的精准排列，该精准度与制作各齿排达到的制造公差相符。这种嵌入可以在一道工序中完成。因此通过本实用新型就可以不用装入安置强制导向装置齿排的一个单独齿杆，也不用将该齿杆相对各导轨的滚动件滚动面进行精确调准。因此本实用新型的线性导向系统的装配成本相对较小，而在强制导向装置的齿排定位上的精确度又相当高。

此外，本实用新型还将至少一部分滚动件设置在各轨道嵌体的滚动件滚动面和导向件之间，使得这部分滚动件分别以一个压紧力在预设的压紧方向上压向各轨道嵌体的滚动件滚动面，其间齿轮设置在各罩子上，从而使得齿轮的转轴与压紧方向大致平行，也即齿轮转轴的方向相对压紧方向的偏差不会大于25°，首选不会大于5°。这样设计的齿轮有很多优点。一方面齿轮相对压紧力的设置方式使得齿轮本身不用承受经滚动件转移的负荷，或者是所受负荷相对较小。此外，齿轮的这种设置方式，对于线性导向系统各个零配件的几何规格而言，其必须保持的公差值就相对较大，例如所使用的滚动件的直径或各滚动件滚动面的形状可以在相当大的参数范围内变化。此外，滚动件滚动面可以在一定范围内得以修整，而不必(以另外规格的齿轮)来替换各齿轮。

在本实用新型的线性导向系统的一个实施方式中，强制导向装置的齿排中的一排直接形成在轨道嵌体各个滚动件滚动面旁侧。用这种方式对轨道嵌体的空间需求就可以很低。

此外，导轨的底座也可以(通过对材质和底座规格进行合适选择)设计成，所述底座接受经导向件转移到导轨上的负荷，并使得各轨道嵌体机械上很稳定，不会由该负荷引起变形。基于该方案，各轨道嵌体的尺寸完全可以减小到一定程度，直到导轨底座不能维持轨道嵌体抗变形(在负荷影响下发生弯曲或扭曲)的机械稳定性，使得轨道嵌体本身由于负荷的影响而发生变形。因此就可以把轨道嵌体的体积减到最小，只要所选底座的材质的强度可保证所需的导轨稳定性。

该线性导向系统的另一种实施方式中，导向件是一体成型的部件，强制导向装置的另一排齿排位于该部件的表面。该实施方式下，在制作导向件时要保证强制导向装置的另一排齿排相对于相应的滚动件滚动面在规定公差范围内设置排列。因此通过本实用新型就可以不用装入安置强制导向装置齿排的一个单独齿杆，也不用将这样一种齿杆相对导向件的滚动件滚动面进行精确调准。因此本实用新型的线性导向系统的装配成本相对较小而在强制导向装置的齿排定位上又精确度相当高。

本实用新型的线性导向系统的另一种变体中，导向件由多个部分组成，并且(作为相应的导轨)包括至少一个底座和至少一个轨道嵌体，而各轨道嵌体借助材料配合连接和/或通过卡紧方式可以固定在底座上的槽之中，并且在轨道嵌体一个表面上形成滚动件滚动面中至少一个。

这个变体中，导向件的底座和导向件的轨道嵌体可以选择使用不同材料。例如，导向件的底座用第一材料制作，轨道嵌体使用第二材料制作，而第一材料比第二材料的单位重量轻，而第二材料比第一材料的轧制抗力大。通过这种方式就可以使得线性导向系统总重量减轻，却又能保证导向件各滚动件滚动面的使用寿命较长。

上述变体的一种发展形式中，强制导向装置的另一排齿排位于导向件的轨道嵌体里。基于此，本实用新型的线性导向系统的装配同样可以得以简化。

附图说明

下面借助附图对本实用新型的线性导向系统的细节，特别是几种实施方式进行进一步说明。其中：

图1示出了已知的线性导向系统的实施方式，其中，该线性导向系统带有可在规定方向运动的导向件、用以引导导向件并带两个轨道嵌体的导轨、两个滚动件罩子和罩子的强制导向装置；

图2示出了图1中的线性导向系统的截面图(垂直于导向件的运动方向)；

图3示出了与图1从同一角度进行观察的、并放大了线性导向系统的一部分；

图4示出了本实用新型的线性导向系统的一种实施方式；

图5示出了与图4从同一角度进行观察的、并放大了的线性导向系统的一部分；

图6示出了图4中的线性导向系统的截面图(垂直于导向件的运动方向)。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型的背景，图1-3示出了已知的线性导向系统1，它包括可在规定方向2运动的导向件3和引导导向件3的导轨5。导向件3借助多个滚动件15(本例中为滚珠)支承在导轨5上，而每个滚动件15分别与导轨5上所形成的多个滚动件滚动面11.1及11.2中的一个相接触，并且与导向件3上所形成的多个滚动件滚动面13.1及13.2中的一个相接触。

导轨5分为多个部分，该例中它包括一个底座6和两个轨道嵌体10。底座6有带两个侧翼缘的近似u形的轮廓，所述侧翼缘朝向导向件3的一侧各有一个槽6.1，所述槽6.1用以容纳轨道嵌体10。

每个轨道嵌体10是一体成型的、细长型主体，并且其轮廓形状正好与各槽6.1相适配，使得轨道嵌体10借助材料配合连接和/或通过卡紧的方式固定在相应的槽6.1之中。

相应的轨道嵌体10的一侧有一个基面10.3，所述轨道嵌体10在插入相应的槽6.1之中后通过所述基面10.3在槽6.1的底部与底座6相接触。如图1-3所示，轨道嵌体10有两个与基面10.3相对的、以一个角度相对倾斜的齿面10.1和10.2。在轨道嵌体10朝向导向件3的一面各形成了两个挨着的、与方向2平行的滚动件滚动面11.1和11.2，所述滚动件滚动面11.1和11.2各自位于不同齿面10.1及10.2上。

如图1-3所示，导向件3在每个朝向轨道嵌体10的一面有两个齿面3.1及3.2，它们相对彼此倾斜，使得齿面3.1大体上平行于轨道嵌体10的齿面10.1，而齿面3.2大体上平行于轨道嵌体10的齿面10.2。在每个齿面3.1形成一个滚动件滚动面13.1，而在每个齿面3.2形成一个滚动件滚动面13.2。

此外图1-3还显示，使导向件3支承在导轨5上的滚动件15总共设置有四排，并且与方向2平行分别位于导向件3和两个轨道嵌体10之间的间隙中。因此导向件3通过两排滚动件15支承在每个轨道嵌体10上，其间一排滚动件15与相应的轨道嵌体10的滚动件滚动面11.1以及相应的导向件3的滚动件滚动面13.1接触，并且另一排滚动件15与同一个轨道嵌体10的滚动件滚动面11.2以及相应的导向件3的滚动件滚动面13.2接触。

此外图1-3还显示，各轨道嵌体10上的滚动件滚动面11.1和11.2的两排滚动件15分别装在一个罩子20中。各罩子20由一个带两个翼缘的角型断面组成，所述翼缘大体上与齿面3.1和10.1或者与齿面3.2和10.2平行，并且包括一排用以容纳各滚动件15的孔洞20.1。

各罩子20借助一个强制导向装置25相对于导轨5和相对于导向件3被引导。各罩子的强制导向装置25包括固定在罩子20上的齿轮27和至少两排齿排26.1和26.2，其间齿排26.1位置固定在导轨5上，而齿排26.2位置固定在导向件3上，使得齿轮27与两排齿排26.1和26.2都啮合。这里需要指出的是，为更清楚地进行展示，图1和图3中的导向件3以处在齿轮27与齿排26.1而不是与齿排26.2啮合的位置示出。因此图1和图3展示的线性导向系统1是装配完成之前的状态。

各轨道嵌体10是一体成型的部件，其间齿排26.1位于该部件的一个部分区域。

该例中，各齿轮27(根据图2的描绘)位于相应罩子20的下边缘，使得齿轮27的转轴27.1竖直多准。齿排26.1位于各轨道嵌体10的一个下边缘处紧挨着滚动件滚动面11.2(根据图1-3)。相应的，齿排26.2位于导向件3的一个下边缘处紧挨着滚动件滚动面13.2(根据图1-3)。

图2中(示意图的左边部分)用fa表示的箭头示出了滚动件15。每个箭头表示压紧力fa的方向(以下称为“压紧方向”)，所述压紧力fa将各滚动件15相对压向相应的滚动件滚动面11.1或11.2(在导向件3受力情况下或者是滚动件15的直径设计成使导轨5相对导向件3被预加应力的情况下)。该例中，齿轮27被固定到罩子20上，从而使得齿轮27的转轴27.1与位于滚动件滚动面11.2和13.2之间的滚动件15的压紧方向不是平行的，而是呈30-60°的角度。在此前提下，齿轮27的直径必须相当精确地与上述滚动件滚动面11.2和13.2之间的距离相适配，或者精确地与和这两个滚动件滚动面相接触的滚动件15的相应直径相适配。

图4-6展示的是本实用新型线性的线性导向系统50的一种实施方式，其包括可在规定方向2移动的导向件53和用于引导导向件53的导轨55。导向件53借助多个滚动件15(本例中为滚珠)支承在导轨55上，而每个滚动件15分别与导轨55上所形成的多个滚动面61.1及61.2中的一个相接触，并且与导向件53上所形成的多个滚动面63.1及63.2中的一个相接触。

图4-6所示的实施方式(不考虑即将阐述的关于强制导向装置75的差别)与图1-3所示的实施方式在一系列细节是完全一样。

因此导轨55也分为多个部分，该例中它包括大体上与底座6相对应的底座56，和与轨道嵌体10在关键点上不同的两个轨道嵌体60(参照下面的阐述)。

底座56同样具有带两个侧翼缘的大致为u形的轮廓，所述侧翼缘朝向导向件53的侧面各带有一个槽56.1，所述槽56.1用以容纳轨道嵌体60。

每个轨道嵌体60都是一个一体成型的部件，其形状与各槽56.1相适配，使得轨道嵌体60可以借助材料配合连接和/或通过卡紧方式固定在各槽56.1之中。

轨道嵌体60在以下方面与轨道嵌体10相似，即轨道嵌体60的一侧有一个基面60.3，所述轨道嵌体60在放入相应的槽56.1之中后，通过所述基面60.3在槽56.1的底部与底座56相接触。此外，轨道嵌体60也包括两个与基面60.3相对的、以一定角度彼此相对倾斜设置的齿面60.1和60.2，在所述齿面60.1和60.2上形成了与方向2平行的滚动件滚动面61.1(齿面60.1上)和61.2(齿面60.2上)。

导向件53在以下方面与导向件3相似，即，导向件53在每个朝向轨道嵌体60的一面有两个齿面53.1及53.2，它们相对倾斜设置，使得齿面53.1大体上平行于轨道嵌体60的齿面60.1，而齿面53.2大体上平行于轨道嵌体60的齿面60.2。在每个齿面53.1形成一个滚动件滚动面63.1，而在每个齿面53.2形成一个滚动件滚动面63.2。

导向件53同样通过两排滚动件15支承在每个轨道嵌体60上，其间一排滚动件15与相应的轨道嵌体60的滚动件滚动面61.1以及相应的导向件53的滚动件滚动面63.1接触，而另一排滚动件15与同一轨道嵌体60的滚动件滚动面61.2以及相应的导向件53的滚动件滚动面63.2接触。

此外，图4-6还显示，位于轨道嵌体60的滚动件滚动面61.1和61.2上的两排滚动件15分别装在一个罩子70中。各罩子70由一个带两个翼缘的角型断面组成，所述翼缘大体上与齿面53.1和60.1或者与齿面53.2和60.2平行，并且包括一排用以容纳相应的滚动件15的孔洞70.1。

各罩子70借助一个强制导向装置75相对于导轨55和相对导向件53被引导。

强制导向装置75在以下方面与强制导向装置25类似，即，罩子70的强制导向装置75包括固定在罩子70上的齿轮77和至少两排齿排76.1和76.2，其间齿排76.1位置固定在导轨55上，而齿排76.2位置固定在导向件53上，使得齿轮77与两排齿排76.1和76.2都啮合。(为了进行清楚的展示，图4和图6中的导向件53分别以处在齿轮77与齿排76.1而不是与齿排76.2啮合的位置示出，如同所述线性导向系统1在装配完成之前的状态)。此外，本实用新型的轨道嵌体60是一体成型的部件，而齿排76.1位于该部件的一个部分区域。

强制导向装置75与强制导向装置25的主要区别在于齿轮77与齿排76.1和76.2的相对位置。

该例中，不同于图1-3的实施方式，齿轮77(根据图6所示)按以下方式安装在罩子70上，即齿轮77的转轴77.1与位于滚动件滚动面61.2和63.2之间的滚动件15的压紧方向大致平行，也就是说齿轮77安装在罩子70上的方式是，使转轴77.1的方向与所述压紧方向的偏差不会大于25°，首选不会大于5°。

与此相应，齿轮77大体上与齿面60.2平行。需要指出的是，图6中(图中的左边部分)用fa表示的箭头各属一个滚动件15，其间每个箭头表示压紧力fa的方向(压紧方向)，所述压紧力fa将各滚动件15相对压向相应的滚动件滚动面61.1或61.2(在导向件53受力情况下或者是滚动件15的直径设计成使导轨55相对导向件53被预加应力的情况下)。此外，齿轮的转轴77.1(与线性导向系统1情形中的转轴27.1设置相反)不是处在罩子70的边缘，而是在罩子70中的两排滚动件15之间的中间区域(图6)。

齿排76.1位于轨道嵌体60的下边缘处紧挨着滚动件滚动面61.2(如图4-6所示)，其间齿排76.1的齿与齿轮77的转轴77.1垂直并与轨道嵌体60的齿面60.2平行。因此，与图1-3的实施方式中的齿排26.1的齿不同的是，齿排76.1的齿与水平面不是平行的，而是斜向的(如图4-6所示)。

各齿排76.2位于滚动件滚动面63.1和63.2之间的齿面53.1上，其间齿排76.2的齿分别与齿轮77平行。

线性导向系统50的强制导向装置75与线性导向系统的强制导向装置25相比有多个优点。强制导向装置75由于转轴77.1的设置和方向而更节省空间。此外，在导向件53或罩子70受到机械力时，齿轮77通常受力的机会相对较小。

此外，所使用的滚动件15的直径同时也就是滚动件滚动面61.2和63.2之间的距离或者各滚动件滚动面61.2和63.2的形状可以在一个相当大的参数范围内变化。此外，滚动件滚动面61.2和/或63.2中的至少一个可以在一定范围内得以调整，而不必(以另外规格的齿轮)来替换齿轮77。因此，在设置齿轮77时，相对于线性导向系统50各个零配件的几何规格而言，必须保持的公差值就相对较大。

为了保证各滚动件滚动面11.1，11.2，61.1和61.2的使用寿命，轨道嵌体10和60例如可以由轴承钢制作。底座6和56例如可以由铝或其它轻金属、轻质合金或另外的比各轨道嵌体10及60轻的材料制成。

在本实用新型框架下，导向件3和53也可以由多部分构成，并且(如导轨5及55)包括至少一个底座和至少一个轨道嵌体，其间，各轨道嵌体借助材料配合连接和/或通过卡紧方式固定在底座上的各个槽里，并且该轨道嵌体的表面形成各滚动件滚动面13.1和13.2及63.1和63.2。导向件的底座和轨道嵌体的材料可按照导轨5及55的底座6及56和轨道嵌体10及60的同样原则选取。

根据图1-3或图4-6的实施方式，导向件3的滚动件滚动面13.1和13.2以及导向件53的滚动件滚动面63.1和63.2位于在导向件3及导向件53上带凹槽的侧齿面(即齿面3.1和3.2及齿面53.1和53.2)。相应的轨道嵌体10及60的形状分别在朝向导向件3及53的一侧与导向件的相应凹槽互补，即轨道嵌体10的滚动件滚动面11.1和11.2以及滚动件滚动面61.1和61.2分别位于相邻的侧齿面(即轨道嵌体10的齿面10.1和10.2以及轨道嵌体60的齿面60.1和60.2)，它们相对倾斜，从而使轨道嵌体10及轨道嵌体60的表面形成一个“隆起”。

与上述各滚动件滚动面设计略不同的是，在本实用新型的框架下另一种线性导向系统(根据图1-3或图4-6的实施方式的类似变体)，其导轨的轨道嵌体的相邻滚动件滚动面也是在导轨各轨道嵌体上的一个槽的侧齿面上，而所述线性导向系统的导向件的相应滚动件滚动面可以在各导向件表面形成的一个隆起的侧齿面上。这种情形下也可以将罩子的强制导向装置的一排齿排非常省空间地设置在导轨的轨道嵌体的两个相邻滚动件滚动面之间(根据图4-6的实施方式的类似变体)。