CN104136160B - 螺纹部的加工方法以及加工装置 - Google Patents

Abstract

防止被加工物（19a）的螺纹部的导程因加工中的被加工物（19a）的热膨胀的影响而产生不一致。由测定构件（13）测定加工中的被加工物（19a）的关于轴方向的热膨胀量，从其测定结果得到关于加工中的被加工物（19a）的热膨胀量的履历信息，由控制装置（17a）根据加工完的被加工物（19a）的热膨胀量的履历信息，决定相对于下一个应加工的被加工物（19a）的旋转驱动轴（11）的相对旋转的速度或轴方向进给装置（16a）的进给速度。

Description

螺纹部的加工方法以及加工装置

技术领域

本发明涉及用于在杆状或管状的被加工物形成螺纹部（螺旋构造）的螺纹部的加工方法以及加工装置。

背景技术

作为用于在付与车辆的操控轮舵角时，谋求减轻方向盘的操作所需要的力的装置，广泛使用动力转向装置。作为辅助动力源使用电动马达的电动式动力转向装置也已经普及。在该电动式动力转向装置装入减速机，但是，作为该减速机，一般使用具有大的导程角，关于动力的传递方向具有可逆性的蜗杆减速机。

图4以及图5表示日本特开2009-72841号公报记载的以往的蜗杆减速机的1例。该蜗杆减速机被配置在固定于电动马达1的蜗杆减速机用的壳体2的内侧，具备在轴方向中间部形成有蜗杆齿3的蜗杆4、与蜗杆齿3啮合的蜗轮5。蜗杆4由外嵌在轴方向两端部的1对滚珠轴承6旋转自由地支撑在壳体2的内侧，并且，蜗杆4的一端部（图4的左端部）与电动马达1的输出轴7连接，据此，蜗杆4可旋转驱动。

蜗轮5被旋转自由地配置在壳体2的内侧，并且被配置成蜗轮5的旋转中心轴相对于蜗杆4成为扭转的位置。通过形成在蜗轮5的外周缘部分的齿部8和蜗杆齿3啮合，可进行蜗杆4和蜗轮5之间的旋转力的传递。蜗轮5被外嵌固定在转向轴9的中间部。通过这样的结构，由电动马达1产生的旋转驱动力可经蜗杆4和蜗轮5向转向轴9传递。

但是，这样的蜗杆的蜗杆齿等的螺纹部（螺旋构造）通过对杆状的被加工物的外周面或者管状的被加工物的外周面或内周面实施切削加工或者磨削加工而被形成。作为这样的螺纹部，除蜗杆的蜗杆齿外，还有构成滚珠丝杠装置的滚珠丝杠杆的滚珠丝杠槽、螺母的阴螺纹部等。

图6表示日本特开平9-323218号公报记载的用于在杆状部件的外周面形成螺纹槽的以往的螺纹部的磨削加工装置的1例。该磨削加工装置具备第1驱动装置10、旋转驱动轴11、把持部12、测定构件13、加工工具14、第2驱动装置15、轴方向进给装置16、控制装置17。

第1驱动装置10由伺服马达构成，被载置在进给台18的上面的一方侧。进给台18以可通过轴方向进给装置16在被加工物19的轴方向位移的状态被具备。另外，在未预先提及的情况下，轴方向是指被加工物的轴方向。旋转驱动轴11被第1驱动装置10旋转驱动。把持部12被设置在旋转驱动轴11的前端，能够将被加工物19的一端固定成与旋转驱动轴11同心且可一体地旋转的状态。

测定构件13被配置在进给台18的上面的另一方侧。测定构件13具备尾座20，并且，被构成在使尾座20的前端与被加工物19的另一端抵接的状态下，可测定加工中的被加工物19的向轴方向的热膨胀量。测定构件13的具体的构造如日本特开平9-323218号公报记载的那样是公知的，因此，省略其说明。

加工工具14由磨石构成，对被加工物19的外周面进行加工。第2驱动装置15由伺服马达构成，使轴方向进给装置16驱动。轴方向进给装置16由进给丝杠机构构成，被第2驱动装置15驱动，使进给台18在轴方向位移。这样，通过使进给台18在轴方向位移，可使加工工具14和被加工物19在轴方向相对位移。再有，控制装置17通过控制第1驱动装置10以及第2驱动装置15，控制旋转驱动轴11的旋转速度以及轴方向进给装置16的进给速度，即、加工工具14和被加工物19的轴方向的相对位移的速度。

这样的磨削加工装置通过由第1驱动装置10，使旋转驱动轴11以及被加工物19旋转，由第2驱动装置15，使加工工具14和被加工物19在轴方向相对位移，可在被加工物19的外周面形成螺纹槽。

但是，在由这样的磨削加工装置进行螺纹部的加工时，伴随着加工中的被加工物19的温度上升，被加工物19热膨胀。这样的热膨胀成为使在形成在被加工物19上的螺纹部的导程产生不一致的原因。具体地说，若在以使被加工物19的相对于加工工具14的旋转速度以及向轴方向的进给速度为一定的状态进行加工的情况下，比较形成在加工的前半部的螺纹部的导程和形成在后半部的螺纹部的导程，则还是热膨胀量大的形成在加工的后半部的螺纹部的导程小。换言之，与热膨胀量的大小无关而以一定的导程形成的螺纹部，越是形成在热膨胀的量大的部分的螺纹部的导程在热膨胀收缩的状态下越小。

对此，该磨削加工装置被构成为在加工中，将由测定构件13测定的表示被加工物19的热膨胀量的信号经放大器21向控制装置17传输，控制装置17根据从测定构件13传输来的信息，算出第1驱动装置10的驱动力（旋转驱动轴11的旋转速度）以及第2驱动装置15的驱动力（轴方向进给装置16的进给速度）的校正值，并且，将根据该校正值算出的新的指令（驱动量）向第1驱动装置10以及第2驱动装置15反馈。根据这样的结构，由于能够根据在加工中测定的被加工物19的热膨胀量，实时校正针对被加工物19的加工条件，所以，防止形成在被加工物19上的螺纹部的导程产生不一致。

但是，在该磨削加工装置中，虽然具有抑制形成在像滚珠丝杠杆那样全长长、加工时间长的被加工物的外周面上的螺纹部的导程在加工的前半部和后半部不同的情况的效果，但是，在以全长短、加工时间短的被加工物为对象的情况下，存在不一定能有效且稳定地进行反馈控制的可能性。例如，在为像蜗杆等那样轴方向的尺寸比较小，加工时间短的被加工物的情况下，为了将在该被加工物的加工的前半部和后半部，形成在该被加工物的外周面上的螺纹部的导程不同的程度抑制得小，有必要进行高速、高精度的反馈控制。

但是，在以这样的加工时间短的被加工物为对象的实时的反馈控制的情况下，用于反馈控制的测定值的误差或者混入该测定值的噪音等对加工条件的影响变大，存在进行有效的反馈控制困难的情况。因此，为了通过这样的反馈控制得到足够的效果，需要高价的设备（测定装置、构成控制装置的CPU、驱动装置等）。另外，图6所示的加工装置为磨削加工用，但是，在切削加工的情况下，由于与磨削加工相比，加工速度快，所以，每个被加工物的加工时间变短，存在产生相同的问题的可能性。为此，在切削加工用的加工装置中，为了有效且稳定地进行反馈控制，也需要高价的设备。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-72841号公报

专利文献2：日本特开平9-323218号公报

本发明借鉴了上述那样的情况，以低成本提供一种即使在进行加工时间短的加工的情况下，也能够防止因加工中的被加工物的热膨胀的影响，使螺纹部的导程在每个被加工物不一致的螺纹部的加工方法以及加工装置为目的。

发明内容

本发明的螺纹部的加工方法涉及用于通过使杆状或管状的被加工物和加工工具相对旋转，且关于轴方向相对位移，而在该被加工物的外周面或内周面形成螺纹部的加工方法。尤其是本发明的螺纹部的加工方法具备由测定构件测定加工中的被加工物的关于轴方向的热膨胀量，从其测定结果得到关于该加工中的被加工物的热膨胀量的履历信息，根据该热膨胀量的履历信息，决定相对于下一个应加工的被加工物的前述相对旋转的速度或关于前述轴方向的相对位移的速度的工序。

追加性地优选还具备通过比较加工完的被加工物的前述热膨胀量的履历信息与时间的相关关系和加工中的被加工物的热膨胀量，来判断使用中的加工工具的状态的工序。这里，相关关系有从过去的加工中的被加工物的热膨胀量与时间的关系算出的近似直线等。这样的近似直线根据被加工物的热膨胀量与时间的关系，由最小平方法等近似方法求出。另外，时间是不仅包括加工时间，还包括加工个数等的概念。

本发明的螺纹部的加工装置

具备

被第1驱动装置旋转驱动的旋转驱动轴、

用于将杆状或管状的被加工物的一端固定成可与前述旋转驱动轴同心且一体旋转的状态的把持部、

用于测定前述被加工物的关于轴方向的热膨胀量的测定构件、

用于对前述被加工物实施加工的加工工具、

被第2驱动装置驱动，且用于使前述加工工具和前述被加工物关于轴方向相对位移的轴方向进给装置、

用于控制前述旋转驱动轴的旋转速度或前述轴方向进给装置的进给速度的控制装置，

在通过使前述旋转驱动轴旋转，而使前述被加工物旋转，且使前述加工工具和前述被加工物关于轴方向相对位移了的状态下，在该被加工物的外周面或内周面形成螺纹部。

尤其是，在本发明的螺纹部的加工装置中，前述测定构件测定加工中的被加工物的关于轴方向的热膨胀量，前述控制装置从其测定结果得到关于前述加工中的被加工物的热膨胀量的履历信息，根据该热膨胀量的履历信息，决定针对下一个应加工的被加工物的前述相对旋转的速度或前述相对位移的速度。另外，优选本发明的螺纹部的加工装置还具备存储关于前述被加工物的热膨胀量的履历信息的存储装置。

追加性地优选前述控制装置通过比较加工完的被加工物的前述热膨胀量的履历信息与时间的相关关系和加工中的被加工物的热膨胀量，判断使用中的加工工具的状态。

发明效果

根据本发明的螺纹部的加工方法以及加工装置，能够以低成本实现即使是在进行加工时间短那样的加工的情况下，也能够防止形成在被加工物上的螺纹部的导程因加工中的被加工物的热膨胀的影响而产生不一致的构造。即、在本发明的情况下，根据在加工中测定的被加工物的热膨胀量的履历信息，决定针对下一个被加工物的加工条件（被加工物的旋转速度或被加工物和加工工具的关于轴方向的相对位移的速度）。

具体地说，校正前述旋转速度或前述相对位移的速度，以便即使在加工工具的消耗进展，被加工物的热膨胀量变大的情况下，被形成的螺纹部的导程在热膨胀收缩的状态下与作为目标的导程相比不会过小。这样，由于根据前述履历信息算出校正值，将该校正值反映到针对下一个被加工物的加工条件，所以，即使在进行加工时间短的那样的加工的情况下，通过以预先设定的加工条件进行下一个加工，防止每个被加工物的在加工的前半部和后半部之间还有被加工物彼此之间，螺纹部的导程产生不一致。另外，由于以预先设定的加工条件进行下一个加工，所以，与实时的反馈控制的情况不同，相对于加工条件，不会受到用于反馈控制的测定值的误差或者混入测定值的噪音等的影响。其结果为，不需要以高速、高精度的控制，能够谋求降低设备成本以及加工成本。

附图说明

图1是示意地表示本发明的实施方式的1例的螺纹部的加工装置的构造的图。

图2是表示被加工物的热膨胀量和由同一加工工具加工的加工个数的关系的曲线图。

图3的图3（a）是表示不进行基于本发明的控制而形成的螺纹部的导程的相对于目标导程的差和由同一加工工具加工的加工个数的关系的曲线图，图3（b）是表示进行基于本发明的控制而形成的螺纹部的导程的相对于目标导程的差和由同一加工工具加工的加工个数的关系的曲线图。

图4是动力转向装置中装入有蜗杆减速机的部分的剖视图。

图5是图4的A部放大图。

图6是示意地表示用于在杆状部件的外周面形成螺纹部的以往的磨削加工装置的1例的图。

具体实施方式

图1是表示本发明的实施方式的1例。另外，包括本例，本发明的特征在于，测定加工中在杆状或管状的被加工物19a上产生的热膨胀量，根据从该测定结果得到的被加工物19a的热膨胀量的履历信息，设定加工下一个被加工物19a时的加工条件这点。就加工方法以及加工装置的其它结构而言，由于与以往的加工方法以及加工装置相同，所以，省略或简略关于等同部分的说明，下面，以本例的特征部分为中心进行说明。

本例的螺纹部的加工装置具备第1驱动装置10、被第1驱动装置旋转驱动的旋转驱动轴11、用于将被加工物19a的一端固定成可与旋转驱动轴11同心且一体地旋转的状态的把持部12、用于测定被加工物19a的关于轴方向的热膨胀量的测定构件13、用于对被加工物19a实施加工的加工工具14a、第2驱动装置15、被第2驱动装置15驱动，且用于使加工工具14a和被加工物19a关于轴方向相对位移的轴方向进给装置16a、用于控制旋转驱动轴11的旋转速度或轴方向进给装置16a的进给速度的控制装置17a。另外，在本例中，加工工具14a由切削工具构成，本例的螺纹部的加工装置是切削加工用。但是，本发明也能够应用在磨削加工用的螺纹部的加工装置。

在本例的螺纹部的加工装置中，具备用于存储热膨胀量的存储装置22（储存器），所述热膨胀量是在通过使旋转驱动轴11旋转，来使被加工物19a旋转，且使加工工具14a和被加工物19a关于轴方向相对位移了的状态，在被加工物19a的外周面或内周面形成螺纹部时，测定构件13测定的被加工物19a的加工中的关于轴方向的热膨胀量。控制装置17a装入有根据存储在存储装置22的被加工物19a的热膨胀量的履历信息，设定针对下一个应加工的被加工物19a的加工条件的功能（加工条件设定功能）。另外，加工条件是指旋转驱动轴11的旋转速度（第1驱动装置10的驱动力）和轴方向进给装置16a的进给速度（第2驱动装置15的驱动力）的一方或双方。

对通过这样的加工条件设定功能设定加工条件的方法进行说明。图2是表示使用同一加工工具14a相对于多个被加工物19a进行加工的情况下的这些被加工物19a的加工中的热膨胀量和加工个数（加工时间）的关系的图。另外，被加工物19a的加工中的热膨胀量是指加工开始前（没有热膨胀的状态）的被加工物19a的轴方向尺寸和加工结束时（被加工物19a的温度没有降低的状态）的被加工物19a的轴方向尺寸的差。另外，在图2的α点，被加工物19a的热膨胀量降低得大是因为在该时点，更换为新的加工工具14a。从图2可知，若由同一加工工具14a进行多次加工，则伴随着加工个数（加工时间）的增加，被加工物19a的加工中的热膨胀量增加。这是以伴随着加工工具14a因磨损等而消耗，加工工具14a的锐利度降低，加工热增大为起因。另外，在图2中，由更换前的加工工具进行加工的加工个数少的时点的被加工物的热膨胀量和更换后的加工工具的加工个数少的时点的被加工物的热膨胀量产生差是基于本来的锐利度等每个加工工具的个体差异。

从图2可知，被加工物19a的热膨胀量和加工个数虽然具有小的变动，但是作为大的倾向，具有比例关系。因此，若求出被加工物19a的热膨胀量和加工个数的比例关系（相关关系），则能够根据该比例关系预测下一个加工中的被加工物19a的热膨胀量。具体地说，从被加工物19a的热膨胀量和加工个数的关系，通过最小平方法等近似方法求出图2中点划线X所示那样的近似直线。若求出这样的近似直线，则下一个加工中的被加工物19a的热膨胀量被预测。控制装置17a根据对被加工物19a的热膨胀量的预测，设定下一个加工的加工条件。

另外，本例的螺纹部的加工装置具备通过比较根据被加工物19a的热膨胀量的履历信息和加工个数（加工时间）的关系算出的近似直线（参见图2的点划线X）和加工中的被加工物19a的热膨胀量，判断使用着的加工工具14a的状态的功能。具体地说，控制装置17a在被测定的被加工物19a的加工中的热膨胀量相对于近似直线从规定量背离得大的情况下，判断为由于磨损等的行进，加工工具14a已到寿命。另外，进行这样的判断的控制在被加工物19a的加工结束时和加工中任意一种情况下均可进行。在加工中进行该控制的情况下，在察知了加工工具14a的异常的时点，进行中止加工的控制。若这样构成，则能够尽早察知加工工具14a的异常。

本例的螺纹部的加工方法由测定构件13测定被加工物19a的加工中的关于轴方向的热膨胀量，将该测定结果存储在存储装置22。而且，从该测定结果得到关于被加工物19a的热膨胀量的履历信息，根据该热膨胀量的履历信息，通过控制装置17a的加工条件设定功能，决定相对于下一个应加工的被加工物19a的加工条件（被加工物19a的旋转速度或被加工物19a和加工工具14a的关于轴方向的相对位移的速度）。具体地说，在预测为加工工具14a的消耗进展，下一个应加工的被加工物19a的热膨胀量变大的情况下，由控制装置17a校正旋转驱动轴11的旋转速度或轴方向进给装置16a的进给速度，以便形成在下一个被加工物19a上的螺纹部的导程在热膨胀收缩（热收缩）的状态下，与作为目标的导程相比不会过小。

根据本例的螺纹部的加工方法以及加工装置，即使在进行加工时间短的那样的加工的情况下，也防止被形成的螺纹部的导程因被加工物19a的加工中的热膨胀的影响而产生不一致。在本例的情况下，根据被加工物19a的热膨胀量的履历信息，决定相对于下一个被加工物19a的加工条件。为此，即使在进行加工时间短的那样的加工的情况下，通过以预先决定的加工条件进行下一个加工，防止在每个被加工物19a的加工的前半部和后半部之间，还有被加工物19a彼此之间的螺纹部的导程产生不一致。

图3（a）以及图3（b）是表示为了确认本发明的效果而进行的实验的结果的图。图3（a）是不应用本发明，以一定的加工条件由1条加工工具进行多个被加工物的加工的情况下的实际形成的螺纹部的导程的相对于目标导程的差和加工个数的关系。从图3（a）可知，在加工个数少的情况下，螺纹部的导程相对于目标导程大，但是，若加工个数变多，则螺纹部的导程相对于目标导程小。这是因为设想被加工物的某种程度的热膨胀量来设定一定的加工条件。为此，在实际的被加工物的热膨胀量比设想的热膨胀量小的情况下或者比设想的热膨胀量大的情况下，螺纹部的导程的相对于目标导程的差变大。通过图3（a）所示的未应用本发明的加工方法得到的被加工物在假设将允许误差设定为-3μm～+3μm的范围的情况下，脱离该范围的处于加工个数为约80以下以及约250以上的范围的被加工物作为不良品被处理。

另一方面，图3（b）表示用于本发明，由1条加工工具进行多个被加工物的加工的情况下的实际形成的螺纹部的导程的相对于目标导程的差和加工个数的关系。从图3（b）可知，在应用了本发明的情况下，与加工个数的增加没有关系，螺纹部的导程的相对于目标导程的差进入到一定的范围（-3μm～+3μm）内。因此，即使允许误差被设定在-3μm～+3μm的范围的情况下，在所有的加工个数的范围，被加工物满足允许误差。这样，根据本发明的螺纹部的加工装置以及加工方法，与被加工物的热膨胀量伴随着加工个数的增加而增加没有关系，有效地防止被形成在被加工物上的螺纹部的导程产生不一致。

在本例的情况下，由于根据被加工物19a的热膨胀量的履历信息，设定下一个加工条件，所以，不需要像实时反馈控制那样高速且高精度的控制。其结果为，不需要高价的设备，抑制设备成本以及加工成本。

另外，在本发明的一个实施方式中，具备通过比较表示被加工物19a的热膨胀量的履历信息和加工个数（加工时间）的相关关系的近似直线（参见图2的点划线X）和加工中的被加工物19a的热膨胀量，来判断使用着的加工工具14a的状态的功能。为此，通过早期发现加工工具14a产生的异常，更换加工工具14a，能够防止因由不良的加工工具14a进行的加工继续，良好地保持被加工物的螺纹部的品质。

产业上利用的可能性

本发明不仅应用于在杆状的被加工物的外周面加工螺纹部的情况，还可应用于在管状的被加工物的外周面形成阳螺纹部的情况或者在其内周面形成阴螺纹部的情况。另外，本发明在应用于用于进行加工速度快的切削加工的螺纹部的加工装置、用于形成轴方向尺寸短的被加工物的螺纹部的加工装置的情况下，能够发挥更大的效果。这里，本发明还可以被广泛地应用于用于进行磨削加工的螺纹部的加工装置、构成滚珠丝杠装置的滚珠丝杠杆的滚珠丝杠槽或者用于在螺母的内周面加工阴螺纹部等的螺纹部的加工装置。再有，本发明还可以应用于像所谓的多条螺纹那样，在被加工物的外周面或者内周面依次形成螺纹条数量的螺纹部那样的加工。

符号说明

1：电动马达；2：壳体；3：蜗杆齿；4：蜗杆；5：蜗轮；6：滚珠轴承；7：输出轴；8：齿部；9：转向轴；10：第1驱动装置；11：旋转驱动轴；12：把持部；13：测定构件；14、14a：加工工具；15：第2驱动装置；16、16a：轴方向进给装置；17、17a：控制装置；18：进给台；19、19a：被加工物；20：尾座；21：放大器；22：存储装置。

Claims (4)

1.一种螺纹部的加工方法，

所述螺纹部的加工方法通过使杆状或管状的被加工物和加工工具相对旋转，且在轴方向相对位移，而在该被加工物的外周面或内周面形成螺纹部，其特征在于，

通过测定构件，测定加工中的被加工物的关于轴方向的热膨胀量，从其测定结果得到关于该加工中的被加工物的热膨胀量的履历信息，根据由该热膨胀量的履历信息得到的该被加工物的热膨胀量与时间的相关关系，决定针对下一个应加工的被加工物的前述相对旋转的速度或前述相对位移的速度。

2.如权利要求1所述的螺纹部的加工方法，其特征在于，通过比较加工完的被加工物的前述热膨胀量的履历信息与时间的相关关系和加工中的被加工物的热膨胀量，来判断使用中的加工工具的状态。

3.一种螺纹部的加工装置，

所述螺纹部的加工装置具备：

被第1驱动装置旋转驱动的旋转驱动轴、

用于将杆状或管状的被加工物的一端固定成可与前述旋转驱动轴同心且一体旋转的状态的把持部、

用于测定前述被加工物的关于轴方向的热膨胀量的测定构件、

用于对前述被加工物实施加工的加工工具、

被第2驱动装置驱动，且用于使前述加工工具和前述被加工物关于轴方向相对位移的轴方向进给装置、

用于控制前述旋转驱动轴的旋转速度或前述轴方向进给装置的进给速度的控制装置，

在通过使前述旋转驱动轴旋转，而使前述被加工物旋转，且使前述加工工具和前述被加工物关于轴方向相对位移了的状态下，在该被加工物的外周面或内周面形成螺纹部，其特征在于，

前述测定构件测定加工中的被加工物的关于轴方向的热膨胀量，前述控制装置从其测定结果得到关于前述加工中的被加工物的热膨胀量的履历信息，根据由该热膨胀量的履历信息得到的该被加工物的热膨胀量与时间的相关关系，决定针对下一个应加工的被加工物的该被加工物的旋转速度或前述相对位移的速度。

4.如权利要求3所述的螺纹部的加工装置，其特征在于，前述控制装置通过比较加工完的被加工物的前述热膨胀量的履历信息与时间的相关关系和加工中的被加工物的热膨胀量，判断使用中的加工工具的状态。