CN108188507A - 一种快速进给滚珠丝杠副的螺母加工刀具及成形方法 - Google Patents

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    • B23G7/00—Forming thread by means of tools similar both in form and in manner of use to thread-cutting tools, but without removing any material

Abstract

一种快速进给滚珠丝杠副的螺母加工刀具，包括工作段、导杆段和夹持段；工作段从前至后分别为导向区、挤压区和成型区。挤压区由一条连续的螺旋棱齿组成，螺旋棱齿从Ⅱ面到Ⅲ面之间依次增高增大，螺旋棱齿侧面由窄变宽。成型区沿螺旋线方向布置有多个螺纹孔，每个螺纹孔中安装一个成型头；成型头的形状从Ⅲ面到Ⅳ面由锥形逐步过渡成为球形，安装高度从Ⅲ面到Ⅳ面之间依次增高。本装置采用切削与冷挤压复合成形的方式实现小规格快速进给滚珠丝杠副的螺母内螺纹螺旋滚道的加工，加工后的螺旋滚道具有切削变形和塑性变形的双重优点，成型头的高度可调整，以补偿成型头的磨损和变形误差，具有结构简单，易调整等优点，加工的螺母的内螺纹滚道的力学性能好。

Description

一种快速进给滚珠丝杠副的螺母加工刀具及成形方法
技术领域
本发明属于机械技术领域，涉及一种快速进给滚珠丝杠副的螺母加工刀具及成形方法。
背景技术
滚珠丝杠副作为伺服进给驱动系统中的重要传动机构，一直占据着直线运动应用领域的绝大部分市场。随着高速加工技术的发展,机床进给速度越来越高，但仍不能满足高速化的要求，如何提高机床的进给速度成为业界关注的焦点。提高驱动丝杠的转速和加大丝杠的导程都可以得到较高的进给速度,但丝杠转速的提高受到滚珠丝杠副临界转速的限制。目前滚珠丝杠副进给速度的提高主要通过增大滚珠丝杠副的导程来实现,但是导程的增大会使丝杠副加工制造难度大大提升。
在加工滚珠丝杠副中的螺母螺纹滚道时，采用最多的是成型磨削法，将砂轮的轴向截面加工成“哥特式”弧形,砂轮轴线相对螺母的中心线成螺旋升角进行安装,对工件进行磨削。当螺母的导程增大时,螺旋升角增大，磨削砂轮轴线与螺母中心轴线之间的倾角增大,再加上受螺母孔径的限制，砂轮轴与螺纹孔之间发生干涉。砂轮本身的直径很小，磨削速度无法提高。因此，大导程螺母的成形内螺纹磨削在加工小规格的内螺母时无法实现。
本发明提供了一种快速进给滚珠丝杠副的螺母加工刀具及成形方法，解决了现有加工中生产效率低，能量消耗大，生产成本高，加工质量差等问题。适应于刚度较差的材料加工内螺纹滚道。
发明内容
本发明采用的技术方案如下：
一种快速进给滚珠丝杠副的螺母加工刀具，沿轴线方向分为工作段、导杆段和夹持段；工作段和导杆段呈长圆柱形，夹持段为棱柱形；Ⅰ面到Ⅳ面之间为工作段，Ⅳ面到Ⅴ面之间为导杆段，Ⅴ面到Ⅵ面之间为夹持段；工作段中的Ⅰ面和Ⅱ面之间为导向区，Ⅱ面和Ⅲ面之间为挤压区，Ⅲ面和Ⅳ面之间为成型区。
挤压区由一条连续的螺旋棱齿组成，螺旋棱齿从Ⅱ面到Ⅲ面之间依次增高增大，螺旋棱齿侧面由窄变宽；成型区沿螺旋线方向布置有多个螺纹孔，每个螺纹孔中安装一个成型头2；成型头2的一端为外螺纹，另一端为锥形、近似球形和球形；成型头2的外螺纹安装在成型区的螺纹孔中，螺母1连接在成型头2的外螺纹段，并锁紧成形头2；成型头2的形状从Ⅲ面到Ⅳ面由锥形逐步过渡成为球形，安装高度从Ⅲ面到Ⅳ面之间依次增高。
一种快速进给滚珠丝杠副的螺母的成形方法包括：采用一种快速进给滚珠丝杠副的螺母成形刀具在螺母底孔中加工螺旋滚道，利用手动或者机动方式进行操作，首先由导向区在螺母底孔中进行导向；然后利用挤压区连续的螺旋棱齿进行切削和挤压成形，形成螺旋槽的基本形状；最后利用成型区的不同高度的成型头进行螺母螺旋滚道成形。
快速进给滚珠丝杠副的螺母加工刀具及成形方法，利用切削和挤压复合的方法加工形成的螺母螺旋滚道，产生切削变形和塑性变形的双重效果；所加工的螺纹表面光洁度高，螺纹的金属纤维不断裂，并在表面形成冷硬层，可提高螺纹的强度和耐磨性；挤压加工过程本身属于无屑加工，因此从根本上解决了大导程内螺纹螺旋滚道无法磨削的难题。
附图说明
图1为快速进给滚珠丝杠副的螺母加工刀具的整体结构示意图。
图2为快速进给滚珠丝杠副的螺母加工刀具的工作段示意图。
图3为图2的局部放大图。
图4为快速进给滚珠丝杠副的螺母加工刀具的成型头外形图。
图5为快速进给滚珠丝杠副的螺母加工刀具的挤压区棱齿圆周展开示意图。
图6为快速进给滚珠丝杠副的螺母加工后的内螺纹滚道截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述。
一种快速进给滚珠丝杠副的螺母加工刀具，沿轴线方向分为工作段、导杆段和夹持段；工作段和导杆段呈长圆柱形，夹持段为棱柱形；Ⅰ面到Ⅳ面之间为工作段，Ⅳ面到Ⅴ面之间为导杆段，Ⅴ面到Ⅵ面之间为夹持段；工作段中的Ⅰ面和Ⅱ面之间为导向区，Ⅱ面和Ⅲ面之间为挤压区，Ⅲ面和Ⅳ面之间为成型区。
快速进给滚珠丝杠副的螺母成形刀具在导向区径向直径与螺纹底孔直径一致，在攻丝加工的过程中，保证刀具与底孔的同轴度；挤压区由一条连续的螺旋棱齿组成，螺旋棱齿从Ⅱ面到Ⅲ面之间依次增高增大，螺旋棱齿侧面由窄变宽，使棱齿所受挤压力均匀增大；成型区沿螺旋线方向布置有多个螺纹孔，每个螺纹孔中安装一个成型头2，轴向方向上每两个螺纹孔之间的距离都相等，且都等于螺纹导程P；成型头2的一端为外螺纹，另一端为锥形、近似球形和球形；成型头2的外螺纹安装在成型区的螺纹孔中，螺母1连接在成型头2的外螺纹段，并锁紧成形头2；成型头2的形状从Ⅲ面到Ⅳ面由锥形逐步过渡成为球形，安装高度从Ⅲ面到Ⅳ面之间依次增高。通过更换成型头2，可以补偿成型头2的磨损和变形误差。
采用一种快速进给滚珠丝杠副的螺母加工刀具在螺母底孔中加工螺旋滚道，利用手动或者机动方式进行操作，首先由导向区在螺母底孔中进行导向；然后利用挤压区连续的螺旋棱齿进行切削和挤压成形，形成螺旋槽的基本形状，挤压区的最前端具有切削刃，产生切削效果；随着挤压区的螺旋棱齿的逐步升高螺旋槽的挤压深度逐步增加，挤压塑性成形效果明显增加；最后利用成型区的不同高度的成型头进行螺母螺旋滚道成形，此过程中唯有塑性挤压成形，滚道产生塑性变形，其强度和耐磨性更好。
本发明的工作原理：一种快速进给滚珠丝杠副的螺母加工刀具，挤压区由一条连续的螺旋棱齿组成，螺旋棱齿从Ⅱ面到Ⅲ面之间依次增高增大，螺旋棱齿侧面由窄变宽，成型区沿螺旋线方向布置有多个螺纹孔，轴向方向上每两个螺纹孔之间的距离都等于被加工螺母螺旋滚道的导程P，每个螺纹孔中安装一个成型头2，成型头2的形状从Ⅲ面到Ⅳ面由锥形逐步过渡成为球形，安装高度依次增高，使加工表面发生均匀地塑性变形，从而达到加工要求。采用本装置加工螺母内螺旋滚道的方法是利用切削与冷挤压复合成形的方式实现小规格快速进给滚珠丝杠副的螺母内螺纹螺旋滚道的成形，加工后的螺旋滚道具有切削变形和塑性变形的双重优点。

Claims (3)

1.一种快速进给滚珠丝杠副的螺母加工刀具，其特征在于：沿轴线方向分为工作段、导杆段和夹持段；工作段和导杆段呈长圆柱形，夹持段为棱柱形；Ⅰ面到Ⅳ面之间为工作段，Ⅳ面到Ⅴ面之间为导杆段，Ⅴ面到Ⅵ面之间为夹持段；工作段中的Ⅰ面和Ⅱ面之间为导向区，Ⅱ面和Ⅲ面之间为挤压区，Ⅲ面和Ⅳ面之间为成型区。
2.根据权利要求书1中所述的一种快速进给滚珠丝杠副的螺母加工刀具，其特征在于：挤压区由一条连续的螺旋棱齿组成，螺旋棱齿从Ⅱ面到Ⅲ面之间依次增高增大，螺旋棱齿侧面由窄变宽；成型区沿螺旋线方向布置有多个螺纹孔，每个螺纹孔中安装一个成型头（2）；成型头（2）的一端为外螺纹，另一端为锥形、近似球形和球形；成型头（2）的外螺纹安装在成型区的螺纹孔中，螺母（1）连接在成型头（2）的外螺纹段，并锁紧成型头（2）；成型头（2）的形状从Ⅲ面到Ⅳ面由锥形逐步过渡成为球形，安装高度从Ⅲ面到Ⅳ面之间依次增高。
3.一种快速进给滚珠丝杠副的螺母的成形方法，其特征包括：采用权利要求1所述的一种快速进给滚珠丝杠副的螺母成形刀具在螺母底孔中加工螺旋滚道，利用手动或者机动方式进行操作，首先由导向区在螺母底孔中进行导向；然后利用挤压区连续的螺旋棱齿进行切削和挤压成形，形成螺旋槽的基本形状；最后利用成型区的不同高度的成型头进行螺母螺旋滚道成形。
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