CN112775505A - 无切屑加工或精整螺纹的工具及制造该工具和螺纹的方法 - Google Patents

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CN112775505A CN202011228729.6A CN202011228729A CN112775505A CN 112775505 A CN112775505 A CN 112775505A CN 202011228729 A CN202011228729 A CN 202011228729A CN 112775505 A CN112775505 A CN 112775505A
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马尔科·于布勒
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Abstract

本申请涉及无切屑加工或精整螺纹的工具及制造该工具和螺纹的方法。在工件中或上无切屑加工或精整螺纹特别是滚珠丝杠的工具，特别是螺纹丝锥或螺纹成型器，包括围绕工具轴线可旋转或旋转的至少一个成型区域，用于无切屑加工或精整螺纹，特别是内螺纹，其中成型区域具有远离工具轴线径向向外突出或伸出的多个挤压突缘，用于通过将挤压突缘压入到工件表面中来加工或精整螺纹，其中挤压突缘沿着基本上螺旋形地环绕工具轴线的定型曲线连续布置，并且其中定型曲线的螺距基本对应待加工或待精整的螺纹的螺距，其中定型曲线具有螺旋角，其中至少一个挤压突缘的轮廓被设计使得在包含工具轴线的轴向截面中加工的螺线是至少部分圆弧形或尖弧形的。

Description

无切屑加工或精整螺纹的工具及制造该工具和螺纹的方法
本发明涉及用于无切屑地加工或精整螺纹的工具、用于制造该工具的方法以及用于制造螺纹的方法。
滚珠丝杠传动装置(Kugelgewindetrieb)是具有插入在螺杆与螺母之间的滚珠的螺旋传动装置。当螺杆与螺母之间发生转动时，滚珠在相应的滚珠丝杠通道(或滚珠丝杠槽)中滚动。这种滚珠丝杠通道通常借助于研磨条(Sschleifstift)制造。已知的方法是耗时的。这种滚珠丝杠须具有高精度。只有当制造出的螺纹也可以被测量时才能达到高精度。
为了测量这种螺纹，例如从DE 199 47 001 A1、DE 10 2013 015 237 A1或DE 102017 103 954 A1中已知触针仪
Figure BDA0002764435840000011
这种扫描式测量始终具有比光学测量更高的精度。为了使用触针仪，待测量的线须具有一定的特征，特别地，表面的突出区域可能会妨碍探测器与表面的对准。触针仪具有带测试头的测试指针。该测试指针沿着测量线受到引导。在内螺纹的情况下，测量线特别地平行于螺纹轴线延伸。
根据现有技术，已知一种用于无切屑地加工或精整螺纹的螺纹丝锥。在这种工具的情况下，借助于对工件进行整型而无切屑地加工螺纹，其方式为所谓的挤压突缘(Drückstolle)(也称为模制楔或齿)通过压力实现工件的冷变形。这样的挤压突缘具有侧刃。这些工具的优点在于，通过使表面变形并且与此相关的硬化增加了螺纹轮廓区域中材料的硬度，由此加工比以切削的方式加工的螺纹更耐磨的螺纹。
已知的螺纹丝锥，特别是用于加工内螺纹的螺纹丝锥，包括柄部和工作区域。柄部通常被实施成圆柱形，并且利用其背离工件的端部被容纳并保持在螺纹加工装置的卡盘中。工作区域，特别是成型区域，位于螺纹丝锥的与柄部相对的一侧。
成型区域设有沿着周向螺旋形环绕的定型曲线，挤压突缘沿着该定型曲线形成为突出部。
在从DE 10 2012 100 734 A1已知的螺纹丝锥中，在两个相应地沿着定型曲线连续的挤压突缘之间的分度角对于所有挤压突缘而言都是相同大小的。挤压突缘的沿定型曲线的尖端之间的假想直线的连接线在朝向垂直于工具轴线的面的投影中形成(除了径向偏差之外)基本上规则的n角形(n多边形)，其中定型曲线的每一圈的n个挤压突缘围绕工具轴线布置。每第n个挤压突缘沿平行于工具轴线的直线布置。这些沿直线布置的挤压突缘形成了所谓的挤压脊(Drücksteg)。此外，从DE 10 2012 100 734 A1中还已知具有不同的分度角的螺纹丝锥。
在已知的螺纹丝锥中，挤压突缘具有垂直于定型曲线确定的轮廓。特别地，挤压突缘在挤压突缘的上部区域中具有三角形的、椭圆形的或柱面形的轮廓。这样的轮廓垂直于定型曲线的走向。垂直于定型曲线的截面还被称为法向截面。在具有螺纹螺距的定型曲线中，这意味着法向截面中的轮廓相对于包括螺纹丝锥的旋转轴线的面(轴向截面)倾斜了螺旋角(Steigungswinkel)α。包含旋转轴线的平面(轴向截面平面)是圆柱坐标系中的r-z平面。螺旋角α位于θ-z平面中，其中θ是坐标系的角坐标。在α＝0°时，曲线没有螺距(Steigung)，而是垂直于旋转轴线的回转。α＝90°对应于旋转轴线的方向。
这种轮廓用已知的触针仪不能以足够的精度进行测量。特别地，在已知的、特别是被设计成多边形的螺纹丝锥中，不能以足够的精度测量沿着挤压突缘的轮廓。
本发明的任务在于提供一种用于无切屑地加工或精整螺纹的工具，该工具具有更高的精度。本发明的另一任务在于给出一种用于加工螺纹的方法，该螺纹可以用触针仪更精确地测量，以及给出一种用于制造螺纹工具的方法，该螺纹工具用于制造这种螺纹。
在工具方面，该任务通过根据本发明的用于在工件中或上无切屑地加工或精整螺纹的工具，特别是无切屑地加工或精整滚珠丝杠的工具来实现，该工具特别地是螺纹丝锥(Gewindefurcher)或螺纹成型器，该工具包括围绕工具轴线可旋转或旋转的至少一个成型区域，用于无切屑地加工或精整螺纹，特别是内螺纹。成型区域具有远离工具轴线径向向外突出或伸出的多个挤压突缘，以用于通过将挤压突缘压入到工件表面中来加工或精整螺。挤压突缘沿着基本上螺旋形地环绕工具轴线的定型曲线连续布置。定型曲线的螺距基本上对应于待加工或待精整的螺纹的螺距，其中定型曲线具有螺旋角α。根据本发明，至少一个挤压突缘的轮廓被设计成使得在包含工具轴线的轴向截面中加工的螺线(Gewindegang)是至少部分圆弧形或尖弧形的。包括螺纹丝锥的旋转轴线的截面是轴向截面。在具有螺纹螺距的定型曲线中，这意味着法向截面中的轮廓相对于包括螺纹丝锥的旋转轴线的面(轴向截面)倾斜了螺旋角α。优选地，多个挤压突缘或所有挤压突缘的轮廓以这种方式设计。由于圆弧形或尖弧形的形状，用测试头可以更好地到达轴向截面中的表面，并且提高了测量精度。
特别地，圆弧形应理解为柱面形、椭圆形或半径改变的凸形。特别地，尖弧形应理解为半径均匀或可变的哥特式弧形形状。尖弧形的末端(Spitze)可以是倒圆的。在设计方案中，可变半径可以是一种轮廓，该轮廓具有不同的区段，这些区段具有不同的半径(例如，两个至五个不同半径)，并且特别地，该轮廓在不同的区段之间具有过渡区域，使得曲率从第一半径变化至第二半径。
在设计方案中，至少一个第一挤压突缘的轮廓在包含工具轴线的轴向截面中是至少部分圆弧形或尖弧形的，特别是完全圆弧形或尖弧形的。特别地，第一挤压突缘的径向外部区域，有利地是包含挤压突缘尖端的区域，具有圆弧形或尖弧形轮廓。特别地，轮廓是以下项中的一项：圆弧形、尖弧形、具有倒圆末端的尖弧形、在尖端区域中具有第一半径并且在侧刃区域中具有第二半径的尖弧形、具有延长的支腿的尖弧形。两个在轴向截面中相邻的挤压突缘可以被一个槽分开。这种槽在轴向截面中特别地可以被实施成平坦的或凹形的。
在另一设计方案中，工具特别地包括两个或三个或四个或五个或六个或更多个挤压突缘，和/或挤压突缘被布置在至少两个挤压脊中。在本发明的意义上，这种挤压脊由多个挤压突缘构成。在此，特别是直的挤压脊，其中每第n个挤压突缘沿着平行于工具轴线的直线布置，即以360°的角度布置。特别地，第一挤压突缘被布置在一个挤压脊中。具有多个第一挤压突缘、特别是在成型区域中仅具有第一挤压突缘的挤压脊是第一挤压脊。因此，第一挤压突缘在轴向截面中，特别是在包含挤压突缘尖端的区域中具有圆弧形或尖弧形轮廓。在该设计方案中，工具沿工具轴线，特别是沿挤压突缘尖端的轮廓，可以利用触针仪特别良好地进行测量。
随后，通过几何换算可以精确地计算出待加工的螺线的形状，或者从待加工的螺纹的形状以及在法向截面中所需的轮廓可以计算出轴向截面中的相应轮廓。
可选地，挤压脊中沿着定型曲线的一个挤压脊比其他挤压脊长，其中特别是较长的挤压脊(第二挤压脊)相比于较短的挤压脊(特别是第一挤压脊)特别地具有1.5倍-2.5倍掠角θ的长度。因此，在有利的设计方案中，较长的挤压脊基本上对应于没有位于其间的润滑槽的两个相邻的挤压脊。
特别地，较长的第二挤压脊可以是具有多个第二挤压突缘，特别是在成型区域中仅具有第二挤压突缘的挤压脊。特别地，该工具包括恰好一个第二挤压脊和多个第一挤压脊。有利地，第一挤压脊和第二挤压脊具有相似或相同的轮廓。
在设计方案中，该工具具有至少一个，特别是多个冷却通道，这些冷却通道特别地各自具有在成型区域的柄部侧的区段中的出口开口。
在另一设计方案中，至少一部分挤压突缘，特别是第一挤压突缘和/或第二挤压突缘，具有开槽区域(Anfurchbereich)和/或后角区域(Freibereich)。在开槽区域中，挤压突缘的高度在径向方向上增加，在后角区域中，挤压突缘的高度在径向方向上减小，从而在此存在后角(Freiwinkel)。开槽区域在旋转方向上沿着定型曲线位于挤压突缘尖端的前方。后角区域在旋转方向上位于挤压突缘尖端的后方。
开槽区域和/或后角区域可以遵循多边形走向。开槽区域借助于过渡区域过渡到挤压突缘尖端的区域中，和/或挤压突缘尖端的区域借助于另一个过渡区域过渡到后角区域。特别地，开槽区域可以具有5°到17°范围内的开槽角，特别是12°的开槽角。
在设计方案中，成型区域包括定型区域和校准区域，其中定型区域中的定型曲线特别地具有一圈到三圈，并且校准区域中的定型曲线特别地具有二圈到二十圈，优选五圈到十圈。在另一设计方案中，校准区域可以被设计成圆锥形，使得校准区域的直径朝向柄部增加。例如，锥度比可以是1∶1000。
利用根据本发明的用于无切屑地加工或精整螺纹(特别是滚珠丝杠、优选内螺纹)的方法可以利用根据本发明的工具来加工螺纹，其中螺纹包括具有螺旋角α的螺纹螺距，并且适于利用已知的触针仪进行扫描。根据本发明的方法的优点在于，螺纹可以具有高精度，并且可以用更少的时间耗费来进行制造。
在设计方案中，在包含工具轴线的截面中加工的螺线是至少部分圆弧形或尖弧形的，特别是柱面形的。
在设计方案中，首先预切割螺纹，并随后对螺纹进行精成型。
根据本发明的方法适用于制造根据本发明的在工件中或上无切屑地加工或精整螺纹，特别地无切屑地加工或精整滚珠丝杠的工具，该工具特别是螺纹丝锥或螺纹成型器。在此，该方法特别地包括以下步骤：提供坯件，并且铣出或切割挤压突缘，或者提供柄部，并且使用添加式方法，特别是3D打印来构建挤压突缘。
附图说明
下面基于对实施例的描述并参考附图对本发明的其他特征和优点进行更详细的阐述。在附图中：
图1示出了根据本发明的螺纹丝锥的实施例的视图；
图2示出了图1的螺纹丝锥的实施例的另一个视图；
图3示出了图1的螺纹丝锥的尖端的实施例的视图；
图4示出了挤压突缘沿成型曲线的轮廓；
图5示出了螺纹轮廓；
图6示出了挤压突缘在轴向截面和法向截面中的轮廓的叠加；
图7a、图7b、图7c示出了挤压突缘的各种尖弧形轮廓，以及
图8a、图8b示出了挤压突缘的各种尖弧形轮廓。
图1中的螺纹丝锥1具有柄部2和成型区域5。柄部至少部分地被实施成圆柱形，并且在这里在背离成型区域5的端部具有四边形轮廓，该四边形轮廓适于容纳在螺纹加工设备的卡盘中。螺纹丝锥具有工具轴线A，该工具轴线是旋转轴线。
成型区域5分为面向工具尖端的定型区域3和校准区域4。在成型区5中，挤压突缘7被布置在挤压脊9、10中。挤压脊9、10是直的挤压脊。挤压突缘7位于螺旋形的定型曲线(Formgebungskurve)6上，该定型曲线6具有螺旋角α。在此，挤压突缘7在校准区域4中具有比定型区域3中更大的径向高度。润滑槽11被相应地布置在两个相邻的挤压脊9、10之间。挤压脊9、10以及润滑槽11平行于工具轴线A延伸。
挤压脊9、10中的相邻的挤压突缘7不直接彼此邻接，而是被槽14彼此分开，在所示的实施方式中，槽14在轴向截面中被实施成平坦的。在这里，槽14平行于定型曲线6延伸。挤压突缘7平行于工具轴线具有轮廓20，即轴向截面中的轮廓。该轮廓20在工具轴线的方向上由轮廓边界曲线21a限定。相邻的挤压突缘7的两个轮廓边界曲线在这里不相交，而是相应地都在槽14处终止。在垂直于定型曲线6的截面(即，法向截面)中，同一挤压脊在螺旋角不等于零的情况下具有不同的轮廓边界曲线21b。在可替代的实施方式(未示出)中，相邻的挤压突缘也可以在没有槽的情况下彼此邻接，或者借助于朝向柄部轴线逐渐变细的(即，凹形的)槽分开。在第一种情况下，相应的轮廓边界曲线在相交位置或朝向凹形槽的过渡部终止。
如在图2中，特别是图3中可以看出，挤压脊9、10具有不同的长度。在图3中的工具尖端的视图中，螺纹丝锥1具有多边形形状，在这里具有五个角。每个挤压脊9包括多边形角。具有挤压突缘7a和7c的挤压脊9具有第一长度，并且分别包括恰好一个多边形角。这涉及具有第一挤压突缘7a、7c的第一挤压脊9。具有挤压突缘7b的挤压脊10具有更大的长度，并且包括两个多边形角。这涉及具有第二挤压突缘7b的第二挤压脊10。每个挤压突缘的多边形角的区域构成挤压突缘尖端8，该挤压突缘尖端具有的与工具轴线A的径向距离大于挤压突缘的其余区域。第二挤压突缘7b具有挤压突缘尖端8a和8b，其中挤压突缘尖端8a在定型曲线上位于挤压突缘尖端8b的后方。挤压突缘尖端8a和8b可以具有与工具轴线不同的径向距离。
如图4中所示，具有开槽区域15和后角区域16的较短的第一挤压突缘7a和/或较长的第二挤压突缘7b特别地具有第一开槽角δ。朝向多边形角形成过渡区域。挤压突缘尖端8具有沿着定型曲线6的弯曲区域或平滑区域，并且在相对于垂直平面倾斜了α的平面(即，轴向截面)中具有柱面形轮廓，因此在这里是圆弧形轮廓，并且经由另一个过渡区域过渡到具有后角ξ的后角区域。在示例中，后角ξ在这里基本上对应于开槽角δ，特别是对应于±5°的开槽角。
图5示出了螺纹轮廓30，其中螺线31沿着定型曲线6缠绕。在法向截面N中，即在相对于轴向截面倾斜了螺旋角α的视图中，所示的螺纹轮廓具有圆弧形轮廓，特别是柱面形轮廓。
图6至图8示出了挤压突缘的其他轮廓，特别是挤压突缘在挤压突缘尖端的区域中、在法向截面或轴向截面中的其他轮廓。图6示出了在法向截面和轴向截面上重叠的挤压突缘的轮廓的第二设计方案。圆弧K仅用作视觉支持，并且简化了对沿着轮廓边界曲线21a和21b变化的半径的识别。轮廓边界曲线21a表示轴向截面中的轮廓边界曲线，而轮廓边界曲线21b表示法向截面中的轮廓边界曲线。这两个轮廓边界曲线21a、21b均被设计成尖弧形。这两个轮廓边界曲线21a、21b在面向相应槽14的下部区域中有所不同。图7a示出了轴向截面中的尖弧形轮廓，而图7b示出了在轴向截面中具有倒圆末端的尖弧形轮廓。图7c示出了在轴向截面中的另一个尖弧形轮廓，其中与先前示出的轮廓不同，半径在面向相应槽14的区域中是半径R1，而在尖弧形的尖端的区域中过渡到半径R2，其中R1<R2。
图8a和图8b示出了挤压突缘轮廓的另一个设计方案，特别是挤压突缘轮廓在挤压突缘尖端的区域中的另一个设计方案。在图8a中，尖弧形的两个支腿在这里具有均匀的半径。在图8b中，支腿的半径在面向槽14的区域中增大，使得支腿切向地(tangential)延长。
参考标记列表
1 工具
2 柄部
3 定型区域
4 校准区域
5 成型区域
6 定型曲线
7 挤压突缘
7a、7c 第一挤压突缘
7b 第二挤压突缘
8 挤压突缘尖端
9 第一挤压脊
10 第二挤压脊
11 润滑槽
12 冷却通道
14 槽
15 开槽区域
16 后角区域
20 轮廓
21a 第一轮廓边界曲线
21b 第二轮廓边界曲线
30 螺纹轮廓
31 螺线
A 工具轴线
N 法向截面平面
α 螺旋角
δ 开槽角
ξ 后角
θ 圆柱坐标系的角
K 圆弧。

Claims (13)

1.一种用于在工件中或工件上无切屑地加工螺纹或精整螺纹，特别是无切屑地加工或精整滚珠丝杠的工具(1)，所述工具(1)特别是螺纹丝锥或螺纹成型器，所述工具(1)包括围绕工具轴线(A)能够旋转或旋转的至少一个成型区域(5)，用于无切屑地加工或精整螺纹，特别是无切屑地加工或精整内螺纹，
其中，所述成型区域(5)具有远离所述工具轴线(A)径向向外突出或伸出的多个挤压突缘(7、7a、7b、7c)，用于通过将所述挤压突缘(7、7a、7b、7c)压入到工件表面中来加工或精整螺纹，
其中，所述挤压突缘(7、7a、7b、7c)沿着基本上螺旋形地环绕所述工具轴线(A)的定型曲线(6)连续地布置，并且
其中，所述定型曲线(6)的螺距基本上对应于待加工或待精整的螺纹的螺距，
其中，所述定型曲线具有螺旋角(α)，
其特征在于，
至少一个挤压突缘(7、7a、7b、7c)的轮廓被设计成使得在包含所述工具轴线的轴向截面中加工的螺线是至少部分圆弧形或尖弧形的。
2.根据权利要求1所述的工具(1)，其中，在包含所述工具轴线(A)的轴向截面中，至少一个挤压突缘(7、7a、7b、7c)的轮廓是至少部分圆弧形或尖弧形的，特别是柱面形的，其中特别地，在包含所述工具轴线(A)的轴向截面中，所述至少一个挤压突缘在挤压突缘尖端(8)的区域中的轮廓是圆弧形或尖弧形的，特别是柱面形的。
3.根据权利要求2所述的工具(1)，其中，一个或更多个或所有挤压突缘(7、7a、7b、7c)的轮廓选自以下轮廓中的一个轮廓：圆弧形、尖弧形、具有倒圆末端的尖弧形、在尖端的区域中具有第一半径并且在侧刃的区域中具有第二半径的尖弧形、具有延长的支腿的尖弧形。
4.根据前述权利要求中任一项所述的工具(1)，其中所述工具(1)特别地包括两个或三个或四个或五个或六个或更多个挤压突缘(7、7a、7b、7c)，和/或其中所述挤压突缘(7、7a、7b、7c)被布置在至少两个挤压脊(9、10)中。
5.根据权利要求4所述的工具(1)，其中所述至少两个挤压脊(9、10)中的一个挤压脊是第一挤压脊(9)，而另一个挤压脊是第二挤压脊(10)，其中所述第二挤压脊(10)沿着所述定型曲线(6)比一个或多个第一挤压脊(9)长，其中所述第二挤压脊(10)相比于较短的第一挤压脊(9)特别地具有1.5倍-2.5倍掠角(θ)的长度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的工具(1)，其中，所述工具(1)具有冷却通道(12)，所述冷却通道(12)特别地分别在所述成型区域(5)的柄部侧的区段中具有出口开口。
7.根据前述权利要求中任一项所述的工具(1)，其中，所述挤压突缘(7、7a、7b、7c)的至少一部分具有开槽区域(15)和/或后角区域(16)，其中可选地，所述开槽区域(15)和/或所述后角区域(16)具有多边形走向。
8.根据权利要求6或7所述的工具(1)，其中所述开槽区域(15)借助于过渡区域过渡到所述挤压突缘尖端(8)的区域中，和/或其中所述挤压突缘尖端(8)的区域借助于另一个过渡区域过渡到所述后角区域(16)中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的工具(1)，其中所述成型区域(5)包括定型区域(3)和校准区域(4)，其中所述定型区域(3)中的定型曲线特别地具有一圈到三圈，并且所述校准区域(4)中的定型曲线特别地具有二圈到二十圈，优选五圈到十圈，并且其中所述校准区域特别是圆锥形的。
10.一种利用根据前述权利要求中任一项所述的工具(1)来无切屑地加工或精整螺纹，特别是无切屑地加工或精整滚珠丝杠，优选内螺纹的方法，其中所述螺纹包括具有螺旋角(α)的螺距并且适于利用触针仪进行扫描。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，在包含所述工具轴线的截面中加工的螺线是至少部分圆弧形或尖弧形的。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，预切割所述螺纹，并随后对所述螺纹进行精成型。
13.一种用于制造根据权利要求1至9中任一项所述的、用于在工件中或工件上无切屑地加工或精整螺纹，特别是无切屑地加工或精整滚珠丝杠的工具(1)的方法，所述工具(1)特别是螺纹丝锥或螺纹成型器，其中所述方法选自：
a)提供坯料并铣削或切割所述挤压突缘；
b)提供柄部，并且利用添加式方法，特别是3D打印，来构建所述挤压突缘。
CN202011228729.6A 2019-11-07 2020-11-06 无切屑加工或精整螺纹的工具及制造该工具和螺纹的方法 Pending CN112775505A (zh)

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