CN105592980A - 滚珠丝杠用丝杠轴的螺旋槽磨削用磨石和螺旋槽形成方法 - Google Patents

滚珠丝杠用丝杠轴的螺旋槽磨削用磨石和螺旋槽形成方法 Download PDF

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Abstract

在构成滚珠丝杠的丝杠轴的外周面形成螺旋槽的磨石具有：与滚珠滚动槽对应的槽范围磨削部；与圆弧状倒角部对应的圆弧状倒角范围磨削部；以及与直线倒角部对应的直线倒角范围磨削部。在槽范围磨削部的外侧平滑地连续有圆弧状倒角范围磨削部，在圆状倒角范围磨削部的外侧平滑地连续有直线倒角范围磨削部。

Description

滚珠丝杠用丝杠轴的螺旋槽磨削用磨石和螺旋槽形成方法
技术领域
本发明涉及滚珠丝杠用丝杠轴的螺旋槽磨削用磨石和滚珠丝杠用丝杠轴的螺旋槽形成方法。
背景技术
滚珠丝杠例如如图3所示，具有丝杠轴1、螺母2、以及多个滚珠3。丝杠轴1以贯通螺母2的方式配置。由丝杠轴1的螺旋槽11和螺母2的螺旋槽21形成滚珠3的滚动路径。在该例子中，通过在螺母2上安装回管4，从而形成有将滚珠3从滚动路径的终点返回到起点的滚珠返回路径41。
滚珠3被配置在由用螺旋槽11、21形成的滚动路径和滚珠返回路径41构成的循环路径内。滚珠丝杠是借助在循环路径中循环并在滚动路径内滚动(以负荷状态一边旋转一边移动)的滚珠3使丝杠轴1和螺母2相对移动的装置。
作为丝杠轴1的螺旋槽11的槽直角截面形状，能够例示图4及图5所示的形状。
在图4的例子中，在滚珠3进行滚动的滚珠滚动槽111的外侧，直线倒角部112被形成为比较宽的范围，其外侧为丝杠轴1的外周面12。在图5的例子中，在滚珠3进行滚动的滚珠滚动槽111的外侧，直线倒角部112被形成为比图4的例子窄的范围，其外侧为丝杠轴1的外周面12。以下，将图4所示的槽直角截面形状称为“深槽”，将图5所示的槽直角截面形状称为“浅槽”。
当设滚珠节圆直径与丝杠轴的直径之差在深槽的情况下为Ya、在浅槽的情况下为Yb时，在滚珠3的直径相同的图4和图5的例子的情况下，Ya＜Yb。
在大导程的(相对于丝杠轴的直径的导程的比率较大的)滚珠丝杠中，如图5所示，通过采用浅槽的槽直角截面形状，并使滚珠3出入滚珠返回路径41时的动作流畅，从而实现了工作性的提高。
若是图4及5所示的槽直角截面形状，存在如下的问题：随着滚珠丝杠的高速旋转化，滚珠3碰撞到螺旋槽11的滚珠滚动槽111与直线倒角部112的交界的边缘，而容易产生提前剥离。
在专利文献1中记载了，为了解决该问题，使丝杠轴1的螺旋槽11的槽直角截面形状为图6所示的形状。即，在专利文献1所记载的发明中，使丝杠轴1的螺旋槽11的槽直角截面形状为在滚珠滚动槽111的外侧平滑地连续有圆弧状倒角部(圆弧部)113的形状。另外，使圆弧状倒角部113的曲率半径为滚珠3的半径的1/2以上2倍以下。
在专利文献2中记载了，作为将具有图6所示的槽直角截面形状的螺旋槽形成在丝杠轴的外周面的方法，将滚珠滚动槽和圆弧状倒角部同时加工，使两者之间不会产生错位。记载了，在加工时使用图7所示的形状的成形磨削磨石。图7所示的磨石60中，在槽范围磨削部601的外侧平滑地连续有圆弧状倒角范围磨削部602，在圆弧状倒角范围磨削部602的外侧不存在直线倒角范围磨削部。
在专利文献3中记载了，在相当于图6的圆弧状倒角部113的“从螺纹槽内表面平滑地接续的凸曲面的曲面部分”与外周面12之间，设置有直线倒角部(斜角，chamfer)，曲面部分与斜角平滑地接续。
另外，在专利文献3中记载了，发明的目的为：缓和高负荷载荷时的螺纹槽开口缘的应力集中而避免短寿命化，并且，实现防止因螺纹槽开口缘的毛刺而导致的向滚动路径内的异物混入、以及作业者操作时的安全。
另外，在专利文献3中记载了，使用成形磨石同时加工滚珠滚动槽(螺纹槽内表面)和圆弧状倒角部(曲面部分)。记载了，作为成形磨石，使用与螺纹槽的槽截面形状对应的截面形状的磨石面、和与曲面部分的截面形状对应的磨石面连续的一体的磨石。
并且，在专利文献3中例示了，关于使圆弧状倒角部(曲面部分)为圆弧状的情况下的曲率半径，在滚珠直径为19mm左右的情况下，使曲率半径为1mm左右。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本国特许3325679号公报
专利文献2:日本国日本特开2001－193815号公报
专利文献3:日本国日本特开2003－207015号公报
发明内容
本发明欲解决的技术问题
如上所述，在滚珠丝杠中，丝杠轴的螺旋槽的槽直角截面形状存在为深槽的情况和浅槽的情况，因此，即使滚珠直径相同，每当槽直角截面形状变更时，需要使用不同形状的磨石。因此，在加工丝杠轴的螺旋槽时，在生产率这方面存在改善的余地。
在专利文献3中记载了，使丝杠轴的螺旋槽的槽直角截面形状为在滚珠滚动槽的外侧平滑地连续有圆弧状倒角部、并在圆弧状倒角部的外侧平滑地连续有直线倒角部的形状，将滚珠滚动槽和圆弧状倒角部同时磨削。但是，没有记载将滚珠滚动槽和圆弧状倒角部和直线倒角部同时磨削。
在螺旋槽的槽直角截面形状为在滚珠滚动槽的外侧平滑地连续有圆弧状倒角部、并在圆弧状倒角部的外侧平滑地连续有直线倒角部的形状的情况下，在将滚珠滚动槽和圆弧状倒角部同时磨削后磨削直线倒角部的方法中，难以使圆弧状倒角部和直线倒角部平滑地连续。因此，为了使圆弧状倒角部和直线倒角部平滑地连续，需要利用砂纸等进行的后加工，生产率下降。
本发明的课题是，在丝杠轴的螺旋槽的槽直角截面形状为在滚珠滚动槽的外侧平滑地连续有圆弧状倒角部、并在圆弧状倒角部的外侧平滑地连续有直线倒角部的形状的情况下，使丝杠轴的螺旋槽的加工的生产率提高。
用于解决问题的技术方案
为了解决上述问题，本发明的第一技术方案是在构成滚珠丝杠的丝杠轴的外周面形成螺旋槽的磨石，所述螺旋槽的槽直角截面形状为在滚珠滚动槽的外侧平滑地连续有圆弧状倒角部、并在所述圆弧状倒角部的外侧平滑地连续有直线倒角部的形状，其特征在于，具有下述的构成(1)。
(1)具有：与所述滚珠滚动槽对应的槽范围磨削部；与所述圆弧状倒角部对应的圆弧状倒角范围磨削部；以及与所述直线倒角部对应的直线倒角范围磨削部，在所述槽范围磨削部的外侧平滑地连续有所述圆弧状倒角范围磨削部，在所述圆弧状倒角范围磨削部的外侧平滑地连续有所述直线倒角范围磨削部。
根据第一技术方案的磨石，能够将平滑地连续的滚珠滚动槽、圆弧状倒角部、以及直线倒角部同时磨削。
在丝杠轴的螺旋槽的槽直角截面形状为在滚珠滚动槽的外侧平滑地连续有圆弧状倒角部、并在圆弧状倒角部的外侧平滑地连续有直线倒角部的形状的情况下，在深槽与浅槽之间，如果滚珠直径相同，则成为不仅滚珠滚动槽的尺寸相同，而且圆弧状倒角部的尺寸也相同，仅有直线倒角部的长度不同的形状。因此，根据第一技术方案的磨石，无论在槽直角截面形状为深槽的情况还是浅槽的情况，如果滚珠直径相同，则能够使用相同的磨石来磨削丝杠轴的螺旋槽。
本发明的第二技术方案是在构成滚珠丝杠的丝杠轴的外周面形成螺旋槽的方法，其特征在于，所述螺旋槽的槽直角截面形状为在滚珠滚动槽的外侧平滑地连续有圆弧状倒角部、并在所述圆弧状倒角部的外侧平滑地连续有直线倒角部的形状，使用具有上述构成(1)的磨石，将所述滚珠滚动槽、所述圆弧状倒角部、所述直线倒角部同时磨削。
发明效果
根据本发明的滚珠丝杠用丝杠轴的螺旋槽磨削用磨石，能够将平滑地连续的滚珠滚动槽、圆弧状倒角部、以及直线倒角部同时磨削，并且，无论槽直角截面形状为深槽的情况还是浅槽的情况，如果滚珠直径相同，则能够使用相同的磨石来磨削丝杠轴的螺旋槽。因此，与专利文献3所记载的磨石相比较，丝杠轴的螺旋槽的加工的生产率提高。
根据本发明的滚珠丝杠用丝杠轴的螺旋槽形成方法，通过将平滑地连续的滚珠滚动槽、圆弧状倒角部、以及直线倒角部同时磨削，从而与在将滚珠滚动槽和圆弧状倒角部同时加工后加工直线倒角部的方法相比较，丝杠轴的螺旋槽的加工的生产率提高。
附图说明
图1是示出丝杠轴的螺旋槽的槽直角截面形状的实施方式的剖视图。
图2是示出实施方式的磨石的剖视图。
图3是示出滚珠丝杠的一个例子的剖视图。
图4是示出丝杠轴的螺旋槽的槽直角截面形状的现有例(深槽)的剖视图。
图5是示出丝杠轴的螺旋槽的槽直角截面形状的现有例(浅槽)的剖视图。
图6是示出丝杠轴的螺旋槽的槽直角截面形状的专利文献1所记载的例子的剖视图。
图7是示出将滚珠滚动槽和圆弧状倒角部同时加工的磨石的剖视图。
图8是说明丝杠轴的螺旋槽的槽直角截面形状为专利文献1所记载的例子的情况下的问题点的剖视图。
附图标记说明
1丝杠轴
11丝杠轴的螺旋槽
111滚珠滚动槽
112直线倒角部
112a深槽的直线倒角部
112b浅槽的直线倒角部
113圆弧状倒角部
12丝杠轴的外周面
12a深槽的丝杠轴的外周面
12b浅槽的丝杠轴的外周面
2螺母
21螺母的螺旋槽
3滚珠
4回管
41滚珠返回路径
6磨石
61槽范围磨削部
62圆弧状倒角范围磨削部
63直线倒角范围磨削部
具体实施方式
以下，说明本发明的实施方式，但是，本发明不限定于本实施方式。
在本实施方式中，使用图2所示的磨石6将具有图1所示的槽直角截面形状的螺旋槽11形成在丝杠轴1的外周面12。在图1中，示出了深槽的情况和浅槽的情况这双方的槽直角截面形状。
图1的槽直角截面形状是在滚珠滚动槽111的外侧平滑地连续有圆弧状倒角部113、并在圆弧状倒角部113的外侧平滑地连续有直线倒角部112a、112b的形状。在滚珠3的直径相同的情况下，在深槽与浅槽之间，不仅滚珠滚动槽111的尺寸相同，而且圆弧状倒角部113的尺寸也相同，仅有直线倒角部112a、112b的长度不同。即，深槽的直线倒角部112a比浅槽的直线倒角部112b长。
深槽的滚珠节圆直径与丝杠轴的直径之差Ya比浅槽的滚珠节圆直径与丝杠轴的直径之差Yb小。
表示以滚珠3的中心轴C为基准的滚珠滚动槽111的范围的角度θa、表示圆弧状倒角部113的范围的角度θb、以及表示直线倒角部112a、112b和外周面12所成的角度θc被设定为满足θa＝θb+θc。由此，滚珠滚动槽111和圆弧状倒角部113、圆弧状倒角部113和直线倒角部112a、112b分别平滑地连续。
在该例子中，θa＝60°、θb＝25°、θc＝35°。圆弧状倒角部113的曲率半径r被设定为滚珠3的直径的0.3倍左右。
图1的附图标记113B示出曲率半径超过滚珠3的直径的一倍的圆弧状倒角部的线(图8参照)。附图标记115示出滚珠滚动槽111与圆弧状倒角部113的交界点。
图2的磨石6具有：与滚珠滚动槽111对应的槽范围磨削部61；与圆弧状倒角部113对应的圆弧状倒角范围磨削部62；以及与直线倒角部112a、112b对应的直线倒角范围磨削部63。在槽范围磨削部61的外侧平滑地连续有圆弧状倒角范围磨削部62，在圆弧状倒角范围磨削部62的外侧平滑地连续有直线倒角范围磨削部63。
即，槽范围磨削部61的圆弧状凸面在与滚珠滚动槽111相同的范围以相同的曲率半径形成。圆弧状倒角范围磨削部62的圆弧状凹部在与圆弧状倒角部113相同的范围以与圆弧状倒角部113的曲率半径r相同的曲率半径R形成。直线倒角范围磨削部63以与直线倒角部112a、112b和外周面12所成的角度θc相同的角度形成。直线倒角范围磨削部63的长度比深槽的直线倒角部112a的长度稍长。
根据该实施方式的磨石(滚珠丝杠用丝杠轴的螺旋槽磨削用磨石)6，能够将平滑地连续的滚珠滚动槽111、圆弧状倒角部113、以及直线倒角部112a、112b同时磨削。另外，在槽直角截面形状为仅有直线倒角部112a、112b的长度不同的深槽的情况和浅槽的情况下，能够使用相同的磨石6来磨削丝杠轴的螺旋槽。
在该实施方式的方法(滚珠丝杠用丝杠轴的螺旋槽形成方法)中，使用图2所示的磨石6，将平滑地连续的滚珠滚动槽111、圆弧状倒角部113、以及直线倒角部112a、112b同时磨削。由此，与在使用图7所示的磨石60将滚珠滚动槽111和圆弧状倒角部113同时加工后加工直线倒角部112a、112b的方法相比较，生产率提高。
在本实施方式中，将圆弧状倒角部113的曲率半径设定为滚珠3的直径的0.3倍左右，因此，即使在形成浅槽的情况下，也能够取得较宽的槽宽度。即使在以高速旋转(轴径×转速为7万～10万左右)使用滚珠丝杠的情况下，也能够将滚珠碰撞时的表面压力抑制得较低，能够使滚珠3、圆弧状倒角部113难以产生提前剥离。
作为θa～θc的组合的其他例子，可例举θa＝60°、θb＝15°、θc＝45°、以及θa＝65°、θb＝25°、θc＝40°等。
在滚珠丝杠的转速为低速的情况下，也可以使圆弧状倒角部113的曲率半径比滚珠3的直径的0.3倍小。相反，在滚珠丝杠的转速为高速的情况、在要求较高的长期耐久性的用途中使用的情况下，优选使圆弧状倒角部113的曲率半径比滚珠3的直径的0.3倍大。
[关于圆弧状倒角部的曲率半径]
如上所述，在专利文献3中例示了，在滚珠直径为19mm左右的情况下使圆弧状倒角部的曲率半径为1mm左右。即，在该例子中，构成圆弧状倒角部的圆弧的曲率半径为滚珠直径的0.05倍左右。在专利文献3中设置圆弧状倒角部分的目的是，减轻接触表面压力的边缘负荷。
在高速旋转的滚珠丝杠中，当圆弧状倒角部的曲率半径r与滚珠的直径D之比(r/D)过小时，滚珠碰撞时的表面压力变高，因此，有可能在滚珠或者圆弧状倒角部产生提前剥离，寿命下降。
[关于在圆弧状倒角部的外侧没有直线倒角部的情况下的问题点]
图8是说明丝杠轴的螺旋槽的槽直角截面形状为在滚珠滚动槽的外侧平滑地连续有圆弧状倒角部、且圆弧状倒角部直径到达丝杠轴的外周面的形状的情况的剖视图。
如图8所示，圆弧状倒角部113的曲率半径r的中心存在于将滚珠滚动槽111的圆弧的中心、和滚珠滚动槽111与圆弧状倒角部113的交界点115连结的线的延长线L上。当圆弧状倒角部113的圆弧为图8中以实线示出的线113A时，在深槽的情况下，在圆弧状倒角部的线113A的外侧延长的线12c比滚珠丝杠轴的外周面12a低了尺寸T。因此，线113A作为螺纹槽直角截面形状是不成立的。在浅槽的情况下，槽宽(丝杠轴的外周面12b与圆弧状倒角部的线113A的交点117间的距离)Wb成为适当的宽度。即，图8中以实线示出的圆弧状倒角部的线113A的曲率半径在深槽的情况下过小。
当圆弧状倒角部113的圆弧为图8中以虚线示出的线113B(圆弧状倒角部的曲率半径例如超过滚珠3的直径的一倍)时，在浅槽的情况下，槽宽Wb变窄，滚珠3出入滚珠返回路径时的动作受到阻碍，有可能发生工作不良。特别是，在作为滚珠返回路径形成部件而使用了回管的管式大导程滚珠丝杠中，滚珠3容易碰撞到圆弧状倒角部的线113B与螺纹槽的外周面12b的交界。因此，在以高速旋转使用滚珠丝杠的情况下，有可能在该交界产生损伤。即，在图8中以虚线示出的圆弧状倒角部的线113B的曲率半径在浅槽的情况下过大。
与此相对，如图1所示，使丝杠轴的螺旋槽的槽直角截面形状为在滚珠滚动槽111的外侧平滑地连续有圆弧状倒角部113、并在圆弧状倒角部113的外侧平滑地连续有直线倒角部112a、112b的形状。根据该形状，即使将圆弧状倒角部113的曲率半径减小到浅槽的槽宽(丝杠轴的外周面12b与圆弧状倒角部113的交点116间的距离)Wb达到适当的宽度的程度(例如与图8的线113A相同)，在深槽的情况下螺纹槽直角截面形状也成立。即，即使减小圆弧状倒角部113的曲率半径，通过将直线倒角部112a延长到丝杠轴的外周面12a，从而在深槽的情况下螺纹槽直角截面形状也成立。
本发明基于2013年9月30日申请的日本国专利申请2013－204876号，其内容作为参照援引于此。

Claims (2)

1.一种滚珠丝杠用丝杠轴的螺旋槽磨削用磨石，是在构成滚珠丝杠的丝杠轴的外周面形成螺旋槽的磨石，其特征在于，
所述螺旋槽的槽直角截面形状为在滚珠滚动槽的外侧平滑地连续有圆弧状倒角部、并在所述圆弧状倒角部的外侧平滑地连续有直线倒角部的形状，
所述磨石具有：与所述滚珠滚动槽对应的槽范围磨削部；与所述圆弧状倒角部对应的圆弧状倒角范围磨削部；以及与所述直线倒角部对应的直线倒角范围磨削部，所述磨石在所述槽范围磨削部的外侧平滑地连续有所述圆弧状倒角范围磨削部，在所述圆弧状倒角范围磨削部的外侧平滑地连续有所述直线倒角范围磨削部。
2.一种滚珠丝杠用丝杠轴的螺旋槽形成方法，是在构成滚珠丝杠的丝杠轴的外周面形成螺旋槽的方法，其特征在于，
所述螺旋槽的槽直角截面形状为在滚珠滚动槽的外侧平滑地连续有圆弧状倒角部、并在所述圆弧状倒角部的外侧平滑地连续有直线倒角部的形状，
使用如下的磨石，所述磨石具有：与所述滚珠滚动槽对应的槽范围磨削部；与所述圆弧状倒角部对应的圆弧状倒角范围磨削部；以及与所述直线倒角部对应的直线倒角范围磨削部，所述磨石在所述槽范围磨削部的外侧平滑地连续有所述圆弧状倒角范围磨削部，在所述圆弧状倒角范围磨削部的外侧平滑地连续有所述直线倒角范围磨削部，
将所述滚珠滚动槽、所述圆弧状倒角部、所述直线倒角部同时磨削。
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