CN113015586B - 用于在工件上制造滚珠滚道的方法和具有由此制造的滚珠滚道的滚珠丝杠螺母 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在工件(2)上制造滚珠滚道(4)的方法，其中借助于机加工方法在所述工件(2)上形成具有第一滚道几何形状(6a)的初步螺纹轮廓(5a)，其中提供所述初步螺纹轮廓(5a)用于返工并形成最终螺纹轮廓(5b)，其中在机加工之后，将所述工件(2)夹持在具有工具柄(7)的螺纹滚压工具中，其中在所述工具柄(7)的自由端处形成具有辊轮廓(9)的工具头(8)，其中所述工件(2)设置为围绕旋转轴线(A)旋转并且所述工具柄(7)沿着所述工件(2)纵向移动，其中所述工具头(8)的所述辊轮廓(9)在所述初步螺纹轮廓(5a)上以第二滚道几何形状(6b)在所述工件(2)上滚行，以产生所述最终螺纹轮廓(5b)。本发明还涉及一种具有以此方式制成的滚珠滚道(4)的滚珠丝杠螺母(1)。

Description

用于在工件上制造滚珠滚道的方法和具有由此制造的滚珠滚 道的滚珠丝杠螺母

技术领域

本发明涉及一种用于在工件上制造滚珠滚道的方法。本发明还涉及一种具有以此方式制成的滚珠滚道的滚珠丝杠螺母。

背景技术

DE 10 2014 225 104 A1公开了一种用于制造转向齿条的方法，该转向齿条具有带转向齿的齿形部分和带滚珠丝杠的主轴部分。首先，提供由固体金属材料制成的棒状坯件。主轴部分在一侧通过深孔钻削挖空，其中产生了深盲孔，该深盲孔轴向突出穿过主轴部分。然后，通过机加工在中空主轴部分上制造滚珠丝杠。

发明内容

本发明的目的是进一步开发一种用于为工件，特别是滚珠丝杠螺母制造滚珠滚道的方法。

在根据本发明的一种用于在工件上制造滚珠滚道的方法中，借助于机加工方法在工件上形成具有第一滚道几何形状的初步螺纹轮廓，其中提供初步螺纹轮廓用于返工并形成最终螺纹轮廓，其中在机加工之后，将工件夹持在具有工具柄的螺纹滚压工具中，其中在工具柄的自由端处形成具有辊轮廓的工具头，其中工件设置为围绕旋转轴线旋转并且工具柄沿着工件纵向移动，其中工具头的辊轮廓在初步螺纹轮廓上以第二滚道几何形状在工件上滚行，以产生最终螺纹轮廓。换句话讲，通过沿着初步螺纹轮廓引导辊轮廓一次或多次来从初步螺纹轮廓形成最终螺纹轮廓。辊轮廓沿着初步螺纹轮廓的滚动或滚行导致在初步螺纹轮廓表面上发生塑性变形，特别是其中初步螺纹轮廓表面上的粗糙度峰值变得平滑。通过返工或平滑粗糙度峰值，对初步螺纹轮廓的表面进行返工，从而形成最终螺纹轮廓。然后，最终螺纹轮廓对应于工件的滚珠滚道的最终轮廓。

初步螺纹轮廓具有滚珠滚道的初步滚道质量，除了机加工方法外，还可借助于其他替代方法来制造滚珠滚道。在此处有利的是，当制造初步螺纹轮廓时，满足更大的公差，这意味着初步螺纹轮廓可以特别具有成本效益的方式制造。然后，在工件上借助于辊轮廓通过螺纹滚压制造滚珠滚道的最终轮廓。由于此时已通过机加工工艺去除了工件的大部分材料，因此只需进行返工或最终机加工，即可获得滚珠滚道的最终质量。

辊轮廓优选地具有形成为对应于第二滚道几何形状的辊轮廓几何形状。换句话讲，辊轮廓应理解为成品滚珠滚道的负轮廓，借助其制造最终螺纹轮廓。此处的优点在于，螺纹滚压工具不必施加高扭矩来生成最终螺纹轮廓，因为已形成了初步螺纹轮廓，并且辊轮廓仅沿着该预先机加工的滚珠滚道滚行以便制造最终螺纹轮廓。

此外，初步螺纹轮廓优选地形成有螺距，其中辊轮廓具有相对于工件的旋转轴线倾斜取向，类似于螺距。换句话讲，辊轮廓具有相对于工件的旋转轴线倾斜的纵向轴线，使得辊轮廓可沿着初步螺纹轮廓滚动。因此，辊轮廓与其纵向轴线相对于工件的旋转轴线倾斜的角度对应于螺纹轮廓的螺距。

工件优选地在从螺纹滚压工具上取下后硬化。具体地，由于工件结构的有针对性的变化和变换，这增加了滚珠滚道的弹性。此处不提供进一步的成形处理。可以设想的是，通过手动调整螺纹轮廓的螺距，可防止工件因硬化而产生的几何变形。换句话讲，工具柄提供有纵向补偿，借助于这种补偿，可通过调整螺距来补偿工件的变形。

根据第一示例性实施例，工具柄与工件的旋转轴线平行对齐。换句话讲，辊轮廓的纵向轴线也相对于工具柄的纵向轴线倾斜。

替代地，根据第二示例性实施例，工具柄相对于工件的旋转轴线倾斜。在这种情况下，有利的是工具柄的纵向轴线以及辊轮廓的纵向轴线基本上彼此同轴地布置，其中工具柄和辊轮廓因此共同地相对于工件的旋转轴线倾斜相同的角度。这特别简化了工具柄的制造。

此外，替代地，滚压轮廓和工具柄两者及其纵向轴线可同轴地与工件的旋转轴线平行对齐。在这种情况下，辊轮廓具有变形的滚压几何形状。换句话讲，辊轮廓设计成使得辊轮廓在工件旋转和工具柄同时轴向移动期间同时滚行和滑出初步螺纹轮廓，以形成最终螺纹轮廓。因此，初步螺纹轮廓的表面通过辊轮廓变得平滑，也就是说部分通过研磨和部分通过滚压，直到形成具有第二滚道几何形状的最终螺纹轮廓。

在这三种情况下，工具柄平行于工件的旋转轴线移动，以便形成最终螺纹轮廓，同时工件围绕旋转轴线旋转。

工具柄优选地在初步螺纹轮廓的方向上经按压力按压。因此，工件固定在其位置上，并且只能围绕其自身的旋转轴线旋转。这将在工件上均匀地形成最终螺纹轮廓。可经由弹簧力替代地或附加地调整按压力。

辊轮廓几何形状优选地为半圆形或至少部分地形成为哥特式轮廓形状，利用其在工件上产生最终螺纹轮廓。这意味着最终螺纹轮廓可适应工件的要求，诸如发生的载荷或接触区域。接触区域是滚珠滚道在操作期间与滚动元件接触的区域。

可例如在用于滚珠丝杠传动的滚珠丝杠螺母中提供以这种方式制造的滚珠滚道，其中滚珠滚道形成在滚珠丝杠螺母的内圆周表面上。滚珠滚道具有带有螺距的最终螺纹轮廓。

在最终螺纹轮廓的形成期间，工件在初步螺纹轮廓区域内变得平滑。初步螺纹轮廓的第一滚道几何形状径向地扩展或扩大至最终螺纹轮廓的第二滚道几何形状。螺纹轮廓的径向加宽或扩大很小，优选在微米范围内。换句话讲，工具头的辊轮廓的外径大于初步螺纹轮廓的内径。外径的一半(即，辊轮廓的半径)与内径的一半(即，初步螺纹轮廓的半径)之间的差值称为平滑深度。平滑深度的厚度取决于形成初步螺纹轮廓的几何形状，并且另一方面取决于形成随后由初步螺纹轮廓产生的最终螺纹轮廓的几何形状。此外，平滑深度的厚度取决于产生初步螺纹轮廓的表面质量，并因此取决于粗糙度峰值在塑性变形之前是如何形成的。因此，可以设想的是，平滑深度是恒定的或可变的。对于可变的平滑深度，可以考虑滚珠丝杠传动的要求，诸如赫兹压力。平滑深度越大，最终螺纹轮廓形成期间的塑性变形越大，并且工件在该区域的凝固也越大。替代地，也可以设想部分恒定和部分可变的平滑深度。在这种情况下，平滑深度针对接触角度进行了优化。因此，由于较大的塑性变形，滚珠滚道对接触区域中的机械应力具有较高的抵抗力。

附图说明

下面结合使用附图对本发明的三个优选示例性实施例的描述来描述改进本发明的进一步措施，其中用相同的参考符号标记相同或类似的元件。在附图中，

图1示出了根据本发明的滚珠丝杠螺母和根据第一示例性实施例的螺纹滚压工具的工具柄的示意性纵向剖视图，

图2示出了根据本发明的滚珠丝杠螺母和根据第二示例性实施例的工具柄的示意性纵向剖视图，

图3示出了根据本发明的滚珠丝杠螺母和根据第二示例性实施例的工具柄的示意性纵向剖视图，

图4a示出了根据图2的工具柄的部分图示的辊轮廓的示意性剖视图，

图4b示出了部分图示的辊轮廓的替代示例性实施例的示意性剖视图，

图5a示出了根据第一示例性实施例的在形成最终螺纹轮廓之前工件的示意性局部剖视图，

图5b示出了在形成最终螺纹轮廓之前的工件的第一替代方案的示意性局部剖视图，以及

图5c示出了在形成最终螺纹轮廓之前的工件的第二替代方案的示意性局部剖视图。

具体实施方式

根据图1至图3，示出了螺纹滚压工具(此处未示出)的三个示例性实施例。螺纹滚压工具具有工具柄7，在该工具柄的自由端处形成具有辊轮廓9的工具头8。借助于辊轮廓9，使用用于在工件2上制造滚珠滚道4的方法，此处在套筒形滚珠丝杠螺母1上制造滚珠滚道4。在第一方法步骤中，借助于机加工工艺首先在工件2上形成初步螺纹轮廓5a，其中提供初步螺纹轮廓5a，该初步螺纹轮廓在图1至图3中布置在滚珠丝杠螺母1的内圆周表面3上并且旨在用于返工和形成最终螺纹轮廓5b。初步螺纹轮廓5a具有螺距W。下面具体地参考图5a至图5c更详细地描述最终螺纹轮廓5b的形成。

在机加工后，将工件2夹持在具有工具柄7的螺纹滚压工具中，其中工件2在第二方法步骤中设置为围绕旋转轴线A旋转移动并且工具柄7沿着工件2在第一移动方向11上纵向移动并穿过滚珠丝杠螺母1。通过将工具头8的辊轮廓9在初步螺纹轮廓5a上滚动一次或多次，从初步螺纹轮廓5a生成最终螺纹轮廓5b。在形成最终螺纹轮廓5b后，将工件2从螺纹滚压工具上取下，然后可任选地进行硬化。

工具柄7优选地在初步螺纹轮廓5a的方向上经按压力按压。这确保了均匀地引入力，以均匀且尺寸准确地形成最终螺纹轮廓5b。

根据图1和图2，辊轮廓9相对于工件2的旋转轴线A倾斜取向，类似于螺距W。因此，辊轮廓9具有纵向轴线L1，该纵向轴线以与滚珠滚道4的螺距W的角度相对应的角度W1倾斜。

根据图1和图2的两个实施例之间的唯一区别在于，根据图1，工具柄7与工件2的旋转轴线A平行对齐。因此，辊轮廓9也以相对于工具柄7的纵向轴线L2的角度W1或螺距W的角度倾斜。相反，根据图2，工具柄7及其纵向轴线L2与辊轮廓9的纵向轴线L1同轴地对齐，以便工具柄7，连同工具头8和辊轮廓9一起，相对于旋转轴线A以角度W2倾斜，该角度也对应于滚珠滚道4的螺距W的角度。

根据图3，工具柄7和辊轮廓9两者及其纵向轴线L1和L2同轴地与工件2的旋转轴线A平行对齐。辊轮廓9设计为变形成使得辊轮廓9在初步螺纹轮廓5a上方滚动和滑动，以形成最终螺纹轮廓5b。

在图4a和图4b中，示出了辊轮廓9的两个可能的实施例。辊轮廓9应理解为最终螺纹轮廓5b的负轮廓。因此，辊轮廓9具有圆周辊轮廓几何形状10，其形成为对应于最终螺纹轮廓5b的第二滚道几何形状6b，如图5a至图5b所示。

根据图4a，辊轮廓几何形状10为半圆形。这意味着最终螺纹轮廓5b的第二滚道几何形状6b在辊轮廓9沿着初步螺纹轮廓5a滚行期间也为半圆形。因此，辊轮廓9的辊轮廓几何形状10具有中心点13a，该中心点布置在距辊轮廓9的纵向轴线L1的径向距离14处，其中辊轮廓几何形状10是从中心点13a开始具有半径R1的半圆形。

替代地，根据图4b的辊轮廓几何形状10部分地形成为哥特式轮廓形状。这继而意味着最终螺纹轮廓5b的第二滚道几何形状6b也类似地在辊轮廓9沿着初步螺纹轮廓5a滚行期间形成哥特式轮廓形状。辊轮廓9的辊轮廓几何形状10具有第一中心点13a和第二中心点13b，它们各自布置在距辊轮廓9的纵向轴线L1相同的径向距离14处并且在辊轮廓9的轴向方向上彼此间隔开形成。从特定中心点13a、13b开始，形成具有特定半径R1、R2的辊轮廓几何形状10。经由半径R1、R2和中心点13a、13b之间的轴向距离15设置辊轮廓几何形状10。

根据图5a、图5b和图5c，示出了滚珠丝杠螺母1的滚珠滚道4的螺纹轮廓的三个可能的实施例。实线示出了初步螺纹轮廓5a的第一滚道几何形状6a，并且虚线示出了最终螺纹轮廓5b的第二滚道几何形状6b，该第二滚道几何形状通过沿着初步螺纹轮廓5a滚动辊轮廓9而产生。

通过沿着初步螺纹轮廓5a滚动辊轮廓9，特别是滚珠滚道4的粗糙度峰值变得平滑，从而导致在滚珠滚道4的表面上发生塑性变形。第一滚道几何形状6a径向地扩展至第二滚道几何形状6b。换句话讲，辊轮廓9的外径大于初步螺纹轮廓5a的内径。此外，如此处参考图5a至图5c所示，可以设想的是，第一滚道几何形状6a和第二滚道几何形状6b具有不同的形状。换句话讲，在两个滚道几何形状6a、6b之间存在横截面区域，该横截面区域在辊轮廓9沿着初步螺纹轮廓5a滚形期间发生塑性变形，从而在滚珠滚道4或最终螺纹轮廓5b的表面上发生凝固。

滚道几何形状6a、6b之间的径向距离称为平滑深度16。根据图5a，平滑深度16是恒定的。换句话讲，平滑深度16在滚珠滚道4的半圆形圆周上以恒定的厚度延伸。

在图5b中，平滑深度16设计为可变的，其中平滑深度16从滚珠滚道4的顶点增加到滚珠丝杠螺母1的内圆周表面3。换句话讲，当形成最终螺纹轮廓5b时，在滚珠滚道4的侧面上比在顶点处变形的材料更多，因此滚珠滚道4的强度更高，特别是在滚珠滚道4的边缘区域中。

根据图5c，平滑深度16是部分恒定且部分可变的，其中平滑深度16在滚珠滚道4的接触区域17中是恒定的，即提供有均匀的平滑深度16，然后朝向滚珠丝杠螺母1的内圆周表面3不断减小。

附图标记说明

1 滚珠丝杠螺母

2 工件

3 内圆周表面

4 滚珠滚道

5a 初步螺纹轮廓

5b 最终螺纹轮廓

6a 第一滚道几何形状

6b 第二滚道几何形状

7 工具柄

8 工具头

9 辊轮廓

10 辊轮廓几何形状

11 第一移动方向

12 第二移动方向

13a、13b 中心点

14 与辊轮廓的纵向轴线的距离

15 轴向距离

16 平滑深度

A 旋转轴线

L1 辊轮廓的纵向轴线

L2 工具柄的纵向轴线

R1 辊轮廓几何形状的第一半径

R2 辊轮廓几何形状的第二半径

W 螺纹轮廓的螺距

W1 工具头的角度

W2 工具柄的角度。

Claims (7)

1.一种用于在工件(2)上制造滚珠滚道(4)的方法，其中借助于机加工方法在所述工件(2)上形成具有第一滚道几何形状(6a)的初步螺纹轮廓(5a)，其中提供所述初步螺纹轮廓(5a)用于返工并形成最终螺纹轮廓(5b)，

其特征在于，在机加工之后，将所述工件(2)夹持在具有工具柄(7)的螺纹滚压工具中，其中在所述工具柄(7)的自由端处形成具有辊轮廓(9)的工具头(8)，其中所述工件(2)设置为围绕旋转轴线(A)旋转并且所述工具柄(7)沿着所述工件(2)纵向移动，其中所述工具头(8)的所述辊轮廓(9)在所述初步螺纹轮廓(5a)上以第二滚道几何形状(6b)在所述工件(2)上滚动，以产生所述最终螺纹轮廓(5b)，所述工件(2)在从所述螺纹滚压工具上取下后硬化，当工具头(8)在工件(2)上滚动时，通过手动调整初步螺纹轮廓(5a)的螺距来补偿硬化的工件的变形。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，所述初步螺纹轮廓(5a)形成有螺距(W)，其中所述辊轮廓(9)相对于所述工件(2)的所述旋转轴线(A)倾斜。

3.根据权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，所述工具柄(7)与所述工件(2)的所述旋转轴线(A)平行对齐。

4.根据权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，所述工具柄(7)相对于所述工件(2)的所述旋转轴线(A)倾斜。

5.根据前述权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，所述工具柄(7)在所述初步螺纹轮廓(5a)的方向上经按压力按压。

6.根据前述权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，所述辊轮廓(9)具有形成为与所述第二滚道几何形状(6b)相对应的辊轮廓几何形状(10)，其中所述辊轮廓几何形状(10)为半圆形或至少部分地形成为哥特式轮廓形状，利用其在所述工件(2)上产生所述最终螺纹轮廓(5b)。

7.一种用于滚珠丝杠传动的滚珠丝杠螺母(1)，所述滚珠丝杠螺母在内圆周表面(3)上形成有滚珠滚道(4)，所述滚珠滚道具有最终螺纹轮廓(5b)和螺距(W)，其中所述滚珠滚道(4)是根据权利要求1至6中任一项所述的方法形成的。