CN103962931A - 滚珠螺杆装置的制造方法及其组件的研磨加工方法 - Google Patents

Abstract

一种滚珠螺杆装置之组件的研磨加工方法，其组件包括二轴承套以及一环形定位元件，研磨加工方法包括以下步骤：研磨各轴承套之一内定位凹槽之侧壁；研磨环形定位元件之外表面；组装二轴承套、环形定位元件以及一预压调整元件，其中环形定位元件容置于二轴承套之内定位凹槽，外表面与该些内定位凹槽之侧壁抵接，且环形定位元件夹设于二轴承套之间；以及研磨各轴承套的内壁面以形成一内滚珠沟槽。本发明另外揭露一种滚珠螺杆装置的制造方法。

Description

滚珠螺杆装置的制造方法及其组件的研磨加工方法

技术领域

本发明关于一种滚珠螺杆装置及其组件之加工制造方法。

背景技术

旋转式的滚珠螺杆为一种广泛应用在许多机械设备中的装置，其设置的目的在于提供精密的传动功能，能达到机械操作中的旋转运动与直线运动，进而使承载的机台或物件于直线方向上进行作动。

在习知技术之旋转式的滚珠螺杆中，主要包括一螺杆、一螺帽、复数滚珠以及二轴承套。螺杆表面具有螺旋式沟槽，螺帽之内表面亦具有螺旋式内沟槽，能与螺杆间形成一第一滚珠通道。二轴承套皆套设于螺帽的外周缘，而螺帽外表面具有二外滚珠沟槽，并与二轴承套的内滚珠沟槽分别形成一第二滚珠通道。第一滚珠通道及第二滚珠通道均设置复数滚珠。滚珠能分别辅助螺帽与螺杆，以及轴承套与螺帽的相对转动，如此，能使旋转式滚珠螺杆承载的机械组件沿螺杆的轴向直线移动，且还因为旋转式的滚珠螺杆同时实现了旋转以及直线移动之运动行为，故提供了螺杆不固定、螺帽固定，或是螺帽不固定、螺杆固定等两种不同的设置选择。

然而，不论设置方式为何，滚珠螺杆通常是应用在半导体、机械组装等需要高精密度及高稳定度的产业，运作过程中稍有晃动都会造成产品上的缺陷。其中，尤以滚珠在滚珠通道中的运行是否顺畅为主要影响因素，但滚珠通道又是由不同组件所组合而成，故每个组件之间必须精准地相互配合，实作上，二个轴承套与螺帽组合后，要能具有无段差之滚珠通道，以维持滚珠运行的顺畅度。

因此，轴承套的加工精度更是维持旋转式滚珠螺杆运行时稳定度的重点。然，目前轴承套的制造方法，分次各别研磨加工二个轴承套的外表面及内滚珠沟槽，而这会造成二个轴承套组装时的误差。例如二个轴承套组装后的外表面有高低不平整的情形，而与承载的机台或物件组合产生误差，或是内滚珠沟槽与螺帽的外滚珠沟槽形成段差，进而造成滚珠螺杆运行上的不稳定而有噪音，甚至发生危险。

因此，如何提供一种滚珠螺杆装置的制造方法及其组件的研磨加工方法，使二个轴承套与螺帽组装后，轴承套整体的外表面不会有高低不平整的情形，且形成完整无段差之滚珠通道，以确保应用时整体装置能进行精密及稳定的作动，已成为重要课题之一。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明之目的为提供一种滚珠螺杆装置的制造方法及其组件的研磨加工方法，提升滚珠螺杆装置之组件的加工精度，使二个轴承套与螺帽组装后，轴承套整体的外表面不会有高低不平整的情形，且形成完整无段差之滚珠通道，以确保应用时整体装置能进行精密及稳定的作动。

为达上述目的，依据本发明之一种滚珠螺杆装置之组件的研磨加工方法，其组件包括二轴承套以及一环形定位元件，研磨加工方法包括以下步骤：研磨各轴承套之一内定位凹槽之侧壁；研磨环形定位元件之外表面；组装二轴承套、环形定位元件以及一预压调整元件，其中环形定位元件容置于二轴承套之内定位凹槽，外表面与该些内定位凹槽之侧壁抵接，且环形定位元件夹设于二轴承套之间；以及研磨各轴承套的内壁面以形成一内滚珠沟槽。

为达上述目的，本发明更提供一种滚珠螺杆装置的制造方法，包括以下步骤：分别研磨二轴承套之一内定位凹槽之侧壁；研磨一环形定位元件之外表面；组装二轴承套、环形定位元件以及一预压调整元件，其中环形定位元件容置于二轴承套之内定位凹槽，外表面与该些内定位凹槽之侧壁抵接，且环形定位元件夹设于二轴承套之间；研磨各轴承套的内壁面以形成一内滚珠沟槽；套设一螺帽于一螺杆，螺帽与螺杆间形成一第一滚珠通道；以及套设二轴承套于螺帽，螺帽具有二外滚珠沟槽，各外滚珠沟槽与内滚珠沟槽分别形成一第二滚珠通道。

在本发明一较佳实施例中，组装二轴承套、环形定位元件以及一预压调整元件后，更包括以下步骤：同时研磨二轴承套之二外表面。

在本发明一较佳实施例中，研磨各轴承套的内壁面时同时研磨二内壁面。

在本发明一较佳实施例中，研磨各该轴承套的内壁面前，更包括以下步骤：透过装设该些轴承套其中之一之一端于一治具，固定经组装之该些组件。

在本发明一较佳实施例中，环形定位元件以与二轴承套同心之方式容置于该些内定位凹槽内。

承上所述，依据本发明之滚珠螺杆装置的制造方法及其组件的研磨加工方法，藉由先研磨轴承套之内定位凹槽的侧壁以及环形定位元件，并将环形定位元件容置于内定位凹槽中，便可藉由环形定位元件固定二轴承套的相对位置，使得二轴承套得以一个组合组件的形式进行内壁面研磨而形成内滚珠沟槽，甚至进行外表面的研磨。其中，以组合组件的形式进行研磨，可避免习知技术中轴承套分次置放、使用不同治具或分次研磨所产生之误差，从而导致组装后表面或连接处有高低参差不齐的情形。以优点来说，本发明所形成之滚珠螺杆装置可使外表面精度高，与机台或其他物件组合时，能相互紧密的配合，以维持设备运行时的稳定。另外，以组合组件的形式进行研磨，同样可减少不同轴承套的内滚珠沟槽分次研磨导致之高度误差的情形，进而减少轴承套与螺帽组装后，内部组件间形成段差的问题。

除此之外，更可同时研磨二轴承套的外表面，或同时研磨二轴承套的内壁面，进一步地提高内滚珠螺杆装置的制造加工精度，以提升滚珠螺杆装置整体的稳定性，并一定程度地缩短生产时程。

附图说明

图1为依据本发明一实施例之滚珠螺杆装置的制造方法的步骤流程图。

图2为图1所示之步骤加工完成所得之滚珠螺杆装置的分解示意图。

图3为图2所示之滚珠螺杆装置组合后的剖面示意图。

图4A为图3所示之轴承套、环形定位元件及预压调整元件的部分放大示意图。

图4B为图4A所示之各组件的分解示意图。

图5为依据本发明另一实施例之滚珠螺杆装置的制造方法的步骤流程图。

图6为图5所示之步骤S34的装设方式示意图。

图7为图2所示之滚珠螺杆装置组合后的示意图。

符号说明：

1：滚珠螺杆装置

11：螺杆

111、123：螺旋状沟槽

12：螺帽

121：外滚珠沟槽

122：通孔

13a、13b：轴承套

131a、131b：内定位凹槽

132a、132b：侧壁

133a、133b：外表面

134a、134b：内壁面

135a、135b：内滚珠沟槽

14：环形定位元件

141：外表面

15：预压调整元件

16：滚珠

17：防尘件

18：端盖

181：回流路径

19：滚珠保持器

A：组合组件

F：治具

P：传动连接件

S1：螺孔

S2：螺丝

S10～S60：步骤

具体实施方式

以下将参照相关图式，说明依本发明较佳实施例之一种滚珠螺杆装置制造方法及其组件的研磨加工方法，其中相同的元件将以相同的参照符号加以说明。

图1为依据本发明一实施例之滚珠螺杆装置的制造方法的步骤流程图，图2为图1所示之步骤制造完成所得之滚珠螺杆装置的分解示意图。请同时参照图1及图2所示，滚珠螺杆装置1由多个组件组合而成，该些组件主要包括一螺杆11、一螺帽12、二轴承套13a、13b、一环形定位元件14以及一预压调整元件15。而本实施例之一种滚珠螺杆装置的制造方法，可包括以下步骤：分别研磨二轴承套之一内定位凹槽之侧壁（S10）；研磨一环形定位元件之外表面（S20）；组装二轴承套、环形定位元件以及一预压调整元件，其中环形定位元件容置于二轴承套之内定位凹槽，外表面与内定位凹槽之侧壁抵接，且环形定位元件夹设于二轴承套之间（S30）；研磨各轴承套的内壁面以形成一内滚珠沟槽（S40）；套设一螺帽于一螺杆，螺帽与螺杆间形成一第一滚珠通道（S50）；套设二轴承套于螺帽，螺帽具有二外滚珠沟槽，各外滚珠沟槽与内滚珠沟槽分别形成第二滚珠通道（S60）。

另外，图3为图2所示之滚珠螺杆装置组合后的剖面示意图，图4A为图3所示之轴承套、环形定位元件及预压调整元件的部分放大示意图，图4B为图4A所示之各组件的分解示意图，请同时参考图3至图4B所示。于步骤S10中，分别研磨二轴承套13a、13b之内定位凹槽131a、131b之侧壁132a、132b（如图4A所示）。于实际操作上，轴承套13a、13b可为金属材质，于模具中浇铸成型时，形成轴承套13a、13b的整体构型，再置于车床以形成内定位凹槽131a、131b，但因粗成型后之内定位凹槽131a、131b的侧壁132a、132b为粗糙且不平整，故需藉由研磨方法使其平整化。如图4B所示，待研磨之侧壁132a、132b包含内定位凹槽131a、131b的直角壁面。除了研磨侧壁132a、132b之外，二轴承套13a、13b的外表面133a、133b亦可先作基本的研磨（或简称基磨），也就是将粗成型后轴承套13a、13b，其外表面133a、133b的毛边以研磨的方式去除，有助降低公差，之后与环形定位元件14组装时，更能达到轴承套13a、13b与环形定位元件14同心的效果。需额外说明的是，虽本实施例是以二轴承套13a、13b为不完全相同之规格为例，但在其他实施例中，亦可以使用二完全相同之轴承套，本发明于此不限。又，研磨的方法可以砂轮进行，此为本发明所属技术领域中具有通常知识者所能理解者，于此不再赘述。

于步骤S20中，研磨环形定位元件14之外表面141，使环形定位元件14的外表面141平整化，而待研磨之外表面141包括环形定位元件14的外周缘及二侧面（如图4B所示），由于外周缘及侧面间形成与内定位凹槽131a、131b之直角壁面相配合之角度，使轴承套13a、13b与环形定位元件14能相互配合。当然，在其他实施例中，亦可以先研磨环形定位元件，再研磨内定位凹槽，两者顺序无一定关系。另外，本发明亦不排除对环形定位元件14的内周缘进行研磨，以再提升精度。

于步骤S30中，组装二轴承套13a、13b、环形定位元件14以及预压调整元件15，如图4A所示，其中环形定位元件14容置于二轴承套13a、13b之内定位凹槽131a、131b，外表面141与内定位凹槽131a、131b之侧壁132a、132b抵接，且环形定位元件14夹设于二轴承套13a、13b之间。换言之，二轴承套13a、13b夹设环形定位元件14，且环形定位元件14设置于内定位凹槽131a、131b内。由于经过步骤S10及步骤S20，环形定位元件14的外表面141与内定位凹槽131a、131b之侧壁132a、132b已经研磨而平整化，故相互抵接时，能平顺无间隙地接合。较佳的，由于环形定位元件14与二轴承套13a、13b之内定位凹槽131a、131b均为环形，故环形定位元件14以同心之方式容置于内定位凹槽131a、131b内，藉此作为基准，强化定位效果。因为环形定位元件14与轴承套13a、13b之间的相对位置较佳为同心的关系，此时，环形定位元件14还可以称之为同心环。

如图3所示，预压调整元件15亦夹设于两轴承套13a、13b之间。轴承套13a、13b与预压调整元件15较佳以螺锁方式相互固定，因此，轴承套13a、13b与预压调整元件15上可分别具有复数螺孔S1，且各螺孔S1的位置相互对应。当上述组件依上述位置关系组装后，再经由螺丝S2将轴承套13a、13b与预压调整元件15相互锁固，提供横向外力，稳定各组件之间的相对位置。预压调整元件15较佳以刚性铁制成，以提供较佳的刚性与韧性，有利于制造过程中控制轴承套13a、13b之间的压力，增加滚珠螺杆装置1整体的运作稳定性。而组装二轴承套13a、13b、环形定位元件14以及预压调整元件15后形成一组合组件A（如图4A所示），于后段的步骤中，以组合组件A的方式进行研磨或组装。

图5为依据本发明另一实施例之滚珠螺杆装置的制造方法的步骤流程图，请同时参考图4A至图5所示。轴承套13a、13b藉由环形定位元件14相互定位后，更可包括步骤S32，研磨二轴承套13a、13b之外表面133a、133b。研磨外表面133a、133b可以同时或分别进行，但不论同时或分别进行，由于轴承套13a、13b及环形定位元件14等以组合成组合组件A，故在研磨时，不会有基准不同的情况发生，有效地提升研磨加工的精确度。换言之，习知技术的轴承套在分别研磨时，必须研磨完成一个，再放置另一个，或者分别将两个轴承套放置于不同治具上。明显地，每次放置作业、不同治具或者不同次的研磨加工都会有误差产生，加总后足以影响产品良率。本发明因为以组合组件A进行研磨，不会有多次放置或者不同治具的问题，且较佳的，同时研磨外表面133a、133b，达到高精度的需求。另外，若轴承套13a、13b在组合成组合组件A之前已经先经过基磨，再经由本次精磨（相对于基磨，本次研磨因为组合成组合组件A且公差已经经由基磨减少，故研磨得更为细致，故有此称），可以进一步地提高装置的整体精度。

而外表面133a、133b包括轴承套13a、13b的外周缘（如图4B所示），而研磨轴承套13a、13b的外表面133a、133b可使轴承套13a、13b与机台或其他物件组合时，能相互紧密的配合，当然，如同前述，同时研磨可进一步地避免分次研磨而可能产生之段差，减少误差的产生，以强化滚珠螺杆装置1运行时的稳定。

于步骤S40中，研磨各轴承套13a、13b的内壁面134a、134b，以分别形成一内滚珠沟槽135a、135b，较佳的，同时研磨二内壁面134a、134b。同样的，以组合组件A之形式进行研磨，可避免不同放置作业或不同治具可能带来的误差，另外，同时研磨还可进一步地避免分次研磨之轴承套13a、13b组合后，内滚珠沟槽135a、135b可能有高度误差的情形，进而使得轴承套13a、13b与螺帽12组装后（步骤S60），组件与组件之间产生段差的情形（参考图3）。

又需特别说明的是，由于研磨加工时组合组件A所承受的主要是来自于纵向的外力，故相较于习知轴承套之间仅用螺丝水平锁紧固定而言，以同心方式容置于内定位凹槽131a、131b中的环形定位元件14可提供多的支撑力，避免轴承套之间发生纵向位移，有助于后续研磨加工作业。

图6为图5所示之步骤S34的装设方式示意图。请同时参考图5及图6并搭配图4A所示，于实际操作上，在研磨各轴承套13a、13b的内壁面134a、134b（步骤S40）前，更包括步骤S34，其透过装设轴承套13a、13b其中之一之一端于一治具F，固定经组装之二轴承套13a、13b、环形定位元件14以及预压调整元件15，即固定组装而成的组合组件A。

举例而言，于步骤S34中，将于步骤S30组装完成之组合组件A之轴承套13b的一端以治具F固定后，再进入步骤S40。或是将于步骤S32研磨完成之轴承套13b（或轴承套13a）的一端以治具F固定后，再进入步骤S40，利用研磨工具伸入二轴承套13a、13b之内侧，并同时研磨内壁面134a、134b以形成内滚珠沟槽135a、135b。由于二轴承套13a、13b已于步骤S30中藉由环形定位元件14固定二轴承套13a、13b的相对位置，并同时将二轴承套13a、13b放置于同一治具F上，可达到校准的功效，更可提高滚珠螺杆装置1整体的外表面精度高以及内滚珠沟槽135a、135b的精度。

复参考图1至图3，于步骤S50中，套设一螺帽12于一螺杆11，螺帽12与螺杆11间形成一第一滚珠通道。螺杆11为一圆柱状杆体，且其外表面具有一沿纵轴连续缠绕的螺旋状沟槽111。螺帽12为一环状柱体，其中央具有一通孔122，且螺帽12靠近通孔122之内表面具有螺旋状沟槽123，其对应于螺杆11之螺旋状沟槽111，以形成一第一滚珠通道。第一滚珠通道为螺杆11与螺帽12之间之回流通道的主要部分，容置有复数滚珠16（图2及图3仅显示部分之滚珠），使螺帽12能以螺杆11之轴心为纵轴转动，以将旋转运动转换为直线运动。而需另外说明的是，本发明之滚珠回流方式不限于外循环式、内循环式或端盖循环式，在本实施例中，仅以端盖循环式为实例代表，然非以此为限。

在本实施例中，如图2所示，滚珠螺杆装置1可更具有二防尘件17及二端盖18，并装设于螺帽12。端盖18更具有一回流路径181，其与第一滚珠通道相连接，而形成一密闭的滚珠循环路径，组装后之滚珠螺杆装置1可参考图7所示，图7为图2所示之滚珠螺杆装置组合后的示意图。另外，螺帽12之一外侧可组设一传动连接件P，以接受动力供应。当然，传动连接件亦可以组接于其他元件上，例如与端盖组接，本发明在此不限。

另外，于步骤S60中，如图3所示，套设二轴承套13a、13b于螺帽12，螺帽12具有二外滚珠沟槽121，各外滚珠沟槽121与内滚珠沟槽135a、135b分别形成一第二滚珠通道。外滚珠沟槽121之形成方向是与螺杆11之轴向相互垂直，当然，于其他实施态样中，外滚珠沟槽121亦可以相对于螺杆11之轴向倾斜而具有一夹角之方式设置，本发明在此不限。当轴承套13a、13b套设于螺帽12时，内滚珠沟槽135a、135b能与外滚珠沟槽121分别形成第二滚珠通道，以供容置复数滚珠16，使螺帽12能相对于轴承套13a、13b旋转，如此具有较佳的平衡效果，有利于装置提升承载力及稳定运作。请同时参考图2及图3所示，滚珠螺杆装置1可更具有一滚珠保持器19，其具有复数孔洞，能辅助固定容置于第二滚珠通道的滚珠16，避免组装前或拆解时发生滚珠16掉落的情况，更可进一步辅助滚珠16固定位置，以减少不必要的晃动。

另外，本发明更提供一种滚珠螺杆装置之组件的研磨加工方法，其组件包括二轴承套以及一环形定位元件，研磨加工方法的步骤包括前述滚珠螺杆装置的制造方法之步骤S10至S40，可参考前述，于此不再赘述。

综上所述，依据本发明之滚珠螺杆装置的制造方法及其组件的研磨加工方法，藉由先研磨轴承套之内定位凹槽的侧壁以及环形定位元件，并将环形定位元件容置于内定位凹槽中，便可藉由环形定位元件固定二轴承套的相对位置，使得二轴承套得以一个组合组件的形式进行内壁面研磨而形成内滚珠沟槽，甚至进行外表面的研磨。其中，以组合组件的形式进行研磨，可避免习知技术中轴承套分次置放、使用不同治具或分次研磨所产生之误差，从而导致组装后表面或连接处有高低参差不齐的情形。以优点来说，本发明所形成之滚珠螺杆装置可使外表面精度高，与机台或其他物件组合时，能相互紧密的配合，以维持设备运行时的稳定。另外，以组合组件的形式进行研磨，同样可减少不同轴承套的内滚珠沟槽分次研磨导致之高度误差的情形，进而减少轴承套与螺帽组装后，内部组件间形成段差的问题。

除此之外，更可同时研磨二轴承套的外表面，或同时研磨二轴承套的内壁面，进一步地提高内滚珠螺杆装置的制造加工精度，以提升滚珠螺杆装置整体的稳定性，并一定程度地缩短生产时程。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明之精神与范畴，而对其进行之等效修改或变更，均应包含于后附之申请专利范围中。

Claims (10)

1.一种滚珠螺杆装置之组件的研磨加工方法，该些组件包括二轴承套以及一环形定位元件，该研磨加工方法包括以下步骤：

研磨各该轴承套之一内定位凹槽之侧壁；

研磨该环形定位元件之外表面；

组装该二轴承套、该环形定位元件以及一预压调整元件，其中该环形定位元件容置于该二轴承套之该内定位凹槽，该外表面与该些内定位凹槽之该侧壁抵接，且该环形定位元件夹设于该二轴承套之间；以及

研磨各该轴承套的内壁面以形成一内滚珠沟槽。

2.如权利要求1所述之研磨加工方法，其中于组装该二轴承套、该环形定位元件以及一预压调整元件后，更包括以下步骤：

同时研磨该二轴承套之外表面。

3.如权利要求1所述之研磨加工方法，其中研磨各该轴承套的内壁面时同时研磨该二内壁面。

4.如权利要求1所述之研磨加工方法，其中于研磨各该轴承套的内壁面前，更包括以下步骤：

透过装设该些轴承套其中之一之一端于一治具，固定经组装之该些组件。

5.如权利要求1所述之研磨加工方法，其中该环形定位元件以与该二轴承套同心之方式容置于该些内定位凹槽内。

6.一种滚珠螺杆装置的制造方法，包括以下步骤：

分别研磨二轴承套之一内定位凹槽之侧壁；

研磨一环形定位元件之外表面；

组装该二轴承套、该环形定位元件以及一预压调整元件，其中该环形定位元件容置于该二轴承套之该内定位凹槽，该外表面与该些内定位凹槽之该侧壁抵接，且该环形定位元件夹设于该二轴承套之间；

研磨各该轴承套的内壁面以形成一内滚珠沟槽；

套设一螺帽于一螺杆，该螺帽与该螺杆间形成一第一滚珠通道；以及

套设该二轴承套于该螺帽，该螺帽具有二外滚珠沟槽，各该外滚珠沟槽与该内滚珠沟槽分别形成一第二滚珠通道。

7.如权利要求6所述之制造方法，其中于组装该二轴承套、该环形定位元件以及一预压调整元件后，更包括以下步骤：

同时研磨该二轴承套之外表面。

8.如权利要求6所述之制造方法，其中研磨各该轴承套的内壁面时同时研磨该二内壁面。

9.如权利要求6所述之制造方法，其中于研磨各该轴承套的内壁面前，更包括以下步骤：

透过装设该些轴承套其中之一之一端于一治具，固定经组装之该二轴承套、该环形定位元件以及该预压调整元件。

10.如权利要求6所述之制造方法，其中该环形定位元件以与该二轴承套同心之方式容置于该些内定位凹槽内。