DE19509265C2

DE19509265C2 - Kugelspindelmutter sowie Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE19509265C2
Application number: DE19509265A
Authority: DE
Inventors: Hidenaga Mitani; Hiroshi Morimoto
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1994-03-15
Filing date: 1995-03-15
Publication date: 2002-01-17
Anticipated expiration: 2015-03-16
Also published as: US5586469A; JP3374509B2; DE19509265A1; JPH07253146A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kugelspindelmutter nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Kugelspindelmutter.

Eine derartige Kugelspindelmutter ist aus der EP 0 444 352 A1 bekannt. Sie hat einen Kugelumlaufdurchgang zum Umlaufen von Kugeln. Es sind Anordnungen des Kugel umlaufdurchganges bekannt, bei denen ein Kugelumlaufrohr oder ein Kugelumlaufteil im Körperabschnitt der Kugelspindelmutter vorgesehen ist, und daß gebogene Kugelum laufgänge sowohl am vorderen als auch am rückwärtigen Ende der Kugelumlaufspin delmutter vorgesehen sind.

Jede Mutter hat ein oder mehrere Umlaufdurchgänge (nachfolgend als Umläufe be zeichnet), welche das Kugelumlaufrohr oder Kugelumlaufteil benutzen. In den Fällen, in denen die Mutter eine Anzahl von Umläufen aufweist, ist ein Nutabschnitt zwischen einem Umlauf und anderen daran angrenzenden Umläufen vorgesehen, durch welchen keine Kugeln umlaufen, z. B. durch welchen keine Kugeln hindurchtreten (nachfolgend als eine außerhalb des Umlaufes angeordnete Nut bezeichnet).

Z. B. zeigen die Fig. 5 bis 7 eine Kugelumlaufspindelmutter des Kugelumlaufrohrtyps, in welcher eine außerhalb des Umlaufs angeordnete Nut S_aus zwischen einem ersten Umlauf S1 und einem zweiten Umlauf S2 vorhanden ist.

Um eine Kugelrollspindelmutter 2 des Kugelumlaufrohrtypes zu montieren, wird ein Spindelschaft 1 in die Kugelumlaufspindelmutter 2 ohne Umlaufrohre 3 eingesetzt; Ku geln B werden nacheinander durch Kugelumlauflöcher 4 im Körperabschnitt der Mutter eingeführt, um die Kugeln B in Kugeldurchgänge zu faden, welche durch Spindelnuten 2a auf der inneren umlaufenden Oberfläche der Kugelrollspindelmutter 2 und Spindel nuten 1a gebildet werden, die den Spindelnuten 2a auf der äußeren umlaufenden Ober fläche des Spindelschaftes 1 gegenüberliegen. Sobald die Kugeln B bis zu den Kugel umlauflöchern 4 vollgeladen sind, werden beide Schenkelabschnitte jedes U-förmigen Umlaufrohres 3 mit Kugeln B beschickt, die getrennt zuvor in die Kugelumlauflöcher 4 eingesetzt werden, und die Kugelumlauflöcher 4 werden dann am Körperabschnitt der Mutter mit Befestigungselementen geschlossen, um die Montage zu komplettieren.

Wenn es zwei Kugelumlaufumläufe gibt, befindet sich normalerweise keine Kugel in der außerhalb des Umlaufes angeordneten Nut S_aus zwischen der Spindelnut S1in des ers tes Umlaufes S1 (innerhalb des Umlaufes liegende Nut) und der Spindelnut S2in des zweiten Umlaufes S2. Jedoch, wenn einige Kugeln versehentlich in die außerhalb des Umlaufes angeordneten Nut während des Kugelbeschickungsvorganges eingeführt werden, werden Zungenabschnitte 3a an beiden Enden des Umlaufrohres 3 beschädigt, wobei es wahrscheinlich ist, daß die Funktion der Kugelumlaufspindel verschlechtert wird.

Ein Abweiser 5, wie er in Fig. 8 gezeigt ist, wurde bislang als Anordnung eingesetzt zum Verhindern eines versehentlichen Einsetzens einer Kugel in solch eine außerhalb des Umlaufes angeordnete Nut S_aus (außerhalb des Umlaufes angeordnete Kugel B aus). Der Abweiser 5 ist mit der außerhalb des Umlaufes angeordneten Nut S_aus der Kugelumlaufspindelmutter 2 verbunden, wie in den Fig. 9 und 10 gezeigt.

Für eine fehlerfreie Montage und Betrieb ist somit ein Abweiser vonnöten, der nach der eigentlichen Fertigung des Mutternkörpers zwischen die einzelnen Kugelumlaufnuten in die nicht zu den Kugelumlaufbahnen gehörenden Nutabschnitte eingebracht wird.

Eine weitere Kugelspindelmutter ist in der DE 40 39 573 A1 dargestellt. Hierbei wird eine Anordnung für einen Kugelschraubtrieb beschrieben, welcher neben der Gewindespin del, diversen Kugeln und Rückführkanälen eine Kugelspindelmutter sowie eine Gegen mutter umfaßt, welche gegeneinander verspannt sind. Dieser Kugelschraubtrieb unter scheidet sich von dem gattungsgemäßen Kugelspindeltrieb der EP 0 444 352 A1 da durch, daß die Spindelmutter nicht einstückig ausgeführt ist, sondern aus mehreren Einzelteilen, hier der Mutter und der Gegenmutter zusammengesetzt ist. Jede dieser Mutter bzw. Gegenmutter enthält jedoch nur eine einzige Kugelumlaufbahn im Gegen satz zur gattungsgemäßen Kugelspindelmutter, die ausdrücklich mehrere Kugelumlauf bahnen in einem einstückigen Mutternkörper vereint, so daß sich das Erfordernis eines Abweisers zwischen mehreren Kugelumlaufbahnen von vornherein nicht bietet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kugelspindelmutter der eingangs genannten Art zu verbessern, derart, daß eine rasche und zuverlässige Montage eines zugehörigen Kugelgewindetriebes gegeben und die Kugeln nur in die zur jeweiligen Kugelumlaufbahn gehörenden Nutabschnitte der Kugelspindelmutter eingebracht wer den können.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Her stellung einer Kugelspindelmutter, insbesondere einer Kugelspindelmutter nach An spruch 1, anzugeben.

Diese vorgenannte Aufgabe wird bei einer Kugelspindelmutter erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist, wenn eine außerhalb des Umlaufes angeordnete Kugel irrtümlicherweise in die außerhalb des Umlaufes angeordnete Nut der Kugelum laufspindelmutter eingebracht wird, der Durchgang der außerhalb des Umlaufes ange ordneten Nut so schmal, daß die Kugelumlaufspindelmutter 2 blockiert wird. Als Ergeb nis, können der Spindelschaft und die Kugelumlaufspindelmutter nicht relativ zueinander bewegt werden, wodurch der außerhalb des Umlaufes angeordnete Kugel mit Leichtig keit lokalisiert wird.

Dadurch, daß die Nuttiefe in dem nicht zur Kugelumlaufbahn gehörenden Nutabschnitt erheblich geringer ist als die Nuttiefe der davor und dahinter angeordneten ersten und zweiten zur Kugelumlaufbahn gehörenden Nutabschnitte, wird sicher verhindert, daß Kugeln während der Montage oder danach während des regulären Betriebs ungewoll terweise in diesen Bereich gelangen. Weil kein gesonderter Abweiser oder ein ähnliches Bauteil zusätzlich an der Kugelspindelmutter befestigt werden muß, wird der Montage vorgang nach erheblich beschleunigt und vereinfacht.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die vorgenannte Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 2 gelöst.

Eine bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens ist in dem Unteranspruch 3 dargelegt.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsformen in Verbin dung mit den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. In den Zeich nungen zeigen:

Fig. 1 eine geschnittene Ansicht, welche einen Hauptabschnitt einer Ausführungs form;

Fig. 2 eine geschnittene Draufsicht des Hauptabschnittes Saus Fig. 1 entlang einer Linie II-II;

Fig. 3 eine obere Darstellung eines Fertigungsverfahrens für die Ausführungsform;

Fig. 4 eine Darstellung der Bewegung einer Schleifscheibe relativ in einer Kugel umlaufspindelmutter, gesehen von einem Pfeil IV aus Fig. 3;

Fig. 5 eine schematische Darstellung von Kugelumlaufdurchgängen einer Kugel umlaufspindelmutter, die zwei Umläufe aufweist, auf welche die vorliegende Erfindung angewendet wird;

Fig. 6 eine geschnittene Ansicht der Kugelumlaufspindelmutter aus Fig. 5 entlang einer Linie VI-VI;

Fig. 7 eine geschnittene Darstellung der Kugelumlaufspindelmutter aus Fig. 6 entlang einer Linie VII-VII;

Fig. 8 eine Vorderansicht eines konventionellen Abweisers;

Fig. 9 eine geschnittene Ansicht einer konventionellen Anordnung zum Hindern einer Kugel am Verlassen eines Umlaufes, welche einen Abweiser benutzt; und

Fig. 10 eine geschnittene Ansicht der Kugelumlaufspindelmutter aus Fig. 9 entlang einer Linie X-X.

Die Ausführungsformen werden nun mit Bezug auf die Figuren beschrieben.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht, welche eine Ausführungsform entsprechend Fig. 10 zeigt; und Fig. 2 ist eine Schnittansicht, welche einen Hauptabschnitt entlang einer Linie II-II aus Fig. 1 zeigt (ein Umlaufrohr ist dabei weggelassen). Es wird angemerkt, daß die Teile oder Komponenten, welche gleich oder äquivalent zum konventionellen Beispiel sind, mit den gleichen Bezugszeichen benannt sind.

Eine Kugelumlaufspindelmutter gemäß dieser Ausführungsform ist dadurch gekenn zeichnet, daß ein schräger Durchmesser D_aus eine außerhalb des Umlaufes angeordne ten Nut S_aus zwischen einer ersten innerhalb des Umlaufes angeordneten Nut S1in und einer zweiten innerhalb des Umlaufes angeordneten Nut S2in kleiner ausgeführt ist als ein schräger Durchmesser D in jeder der innerhalb des Umlaufes angeordneten Nuten S1in S2in. Das heißt, daß es mit der folgenden Gleichung dargestellt wird:

D_aus = D_in - α

Der zuvorgenannte schräge Durchmesser (D_aus, D_in, und dergleichen) weisen die maxi malen berechneten Werte auf (innerhalb einer einzigen Windung), wenn eine Stahlkugel (Maß kontrollieren) einer Meßvorrichtung (nicht gezeigt) entlang einer Spindelnut 2a der Kugelumlaufspindelmutter 2 bewegt wird.

Ein Verfahren zum Bearbeiten solch einer außerhalb des Umlaufes angeordneten Nut S_aus wird mit Bezug auf die Fig. 3 und 4 beschrieben.

Dieser Bearbeitungsvorgang wird durchgeführt während des Vorganges des Schleifens der Spindelmutternuten 2a beim Kugelumlaufspindelmutter 2 Herstellungsverfahren.

Das heißt, eine Kugelumlaufspindelmutter 2, welche das zu bearbeitende Werkstück ist, wird auf einem Spannzeug 12 einer Hauptspindel 11 einer Schleifmaschine 10 direkt oder durch eine Befestigungsvorrichtung angebracht.

Eine Schleifscheibe 13, welche entsprechend der Form und der Abmessungen der Spindelnut 2a der Mutter ausgebildet ist, wird an einer Hochgeschwindigkeitsspindel 14 durch eine Hohlwelle 15 befestigt und die Schleifscheibe 13 wird dann in die Kugelum laufspindelmutter 2 eingesetzt, um die Spindelnuten 2a der Mutter durch Zuführen in Vorwärtsrichtung der Kugelumlaufspindelmutter 2 mit einem bestimmten Vorschub zu schleifen. Beim Durchführen dieses Vorganges, läßt eine Versetzeinrichtung, an welcher die Hochgeschwindigkeitsspindel angebracht ist, die Schleifscheibe 13 nur während des Schleifens eines außerhalb des Umlaufes angeordneten Bereiches 20 los, so daß der schräge Durchmesser D_aus der außerhalb des Umlaufes angeordneten Nut S_aus kleiner ausgeführt werden kann.

Insbesondere, wie in Fig. 2 gezeigt, wird eine Mittellinie C_aus der Schleifscheibe für den außerhalb des Umlaufes angeordneten Bereich 20 nur um t nach innen bewegt bezüg lich einer Mittellinie C_in der Schleifscheibe, wobei die Mittellinie C_in die Mittellinie zum Schleifen der innerhalb des Umlaufes angeordneten Nuten S1in und S2in ist, welche exzentrisch zur Schleifseite von einer Mittellinie C_Lw der Kugelumlaufspindelmutter 2 ist, welche das Werkstück ist. Als Ergebnis dieses Vorganges, befriedigt die Beziehung zwischen D_aus und D_in die zuvorgenannte Gleichung D_aus = D_in - α.

Phasenangleich des versetzten Bearbeitens der außerhalb des Umlaufes angeordneten Nut S_aus wird wie folgt durchgeführt.

In Fig. 4, ist P₀ die feste Stellung (Ursprung des Bearbeitens); P₁ ist die Zuführstellung; P₂ ist die erste außerhalb des Umlaufes angeordnete versetzte Stellung; P₃ ist die nächste außerhalb des Umlaufes angeordnete versetzte Stellung (das heißt im Fall, wenn drei oder mehr Umläufe vorhanden sind); L ist die Zuführentfernung; St ist der Hub der Schleifscheibe 13, die sich relativ von der Zuführstellung P₁ aus gemäß der Zuführ bewegung der der Kugelumlaufspindelmutter 2 bewegt. Das heißt, P₁, P₂ und P₃ zeigen relative Stellungen an, die die Schleifscheibe erreicht durch Zuführen der Kugelumlauf spindelmutter 2.

Zuerst wird die Kugelumlaufspindelmutter 2 nur um die Zuführentfernung L zugeführt, so daß die Schleifscheibe 13 die Zuführstellung P₁ von der festen Stellung P₀ aus erreicht; und dann, sobald die Schleifscheibe 13 die Zuführstellung P₁ erreicht, bis die Schleif scheibe 13 einen Vorschub erreicht hat, wird die erste innerhalb des Umlaufes angeord neten Nut S_in geschliffen, wobei die Mittellinie der Schleifscheibe 13 mit der Mittellinie C_in der Schleifscheibe zum Schleifen der innerhalb des Umlaufes angeordneten Nut auf einer Linie liegt.

Wenn die Schleifscheibe die erste außerhalb des Umlaufes besetzte Stellung P₂ beim n- ten Vorschub durch Zuführen der Kugelumlaufspindelmutter 2 erreicht, wird die Schleif scheibe 13 nur um den Wert t (z. B. 150 µm) versetzt, so daß der schräge Durchmesser Daus um α (152 µm in diesem Fall) kleiner als der schräge Durchmesser D_in ausgeführt wird durch aufeinanderliegen der Mittellinie der Schleifscheibe 13 mit der Mittellinie C_aus der Schleifscheibe zum Schleifen der außerhalb des Umlaufes angeordneten Nut im außerhalb des Umlaufes angeordneten Bereich 20 (innerhalb eines Bereiches ⁺β° im Drehwinkel des Werkstückes beim Betrachten des n-ten Vorschubes als Referenz, wobei β gleich z. B. 9° ist). Die Phasenanpassung der außerhalb des Umlaufes angeord neten versetzten Stellung P₂ beim n-ten Vorschub wird durch Einstellen (z. B. durch eingeben von Makro-Variablen in nummerische Steuerungen) der Zuführentfernung L gemäß den Parametern des zu bearbeitenden Werkstückes (die Kugelumlaufspindel mutter 2) erreicht.

Beim nächsten n-ten Vorschub, wird die nächste innerhalb des Umlaufes angeordnete Nut S_in geschliffen durch Anordnen der Mittellinie der Schleifscheibe 13 mit der Mittellinie C_in der Schleifscheibe zum Schleifen der innerhalb des Umlaufes angeordneten Nut auf einer Linie. Bei der außerhalb des Umlaufes angeordneten versetzten Stellung P₃ beim n-ten Vorschub, wird die Schleifscheibe 13 gehalten durch Anordnen der Mittellinie der Schleifscheibe 13 mit der Mittellinie C_aus der Schleifscheibe zum Schleifen der außerhalb des Umlaufes angeordneten Nut auf einer Linie innerhalb eines Bereiches ⁺β° wiederum in Rotationsrichtung des Werkstückes.

Die zuvor genannten jeweiligen vorbestimmten Werte n, n-, β, L werden jedesmal modi fiziert, wenn die verschiedenen Parameter des zu bearbeitenden Werkstückes (die Ku gelumlaufspindelmutter 2) sich ändern. Darüber hinaus, gemäß der zuvor beschriebe nen Beschreibung, obwohl das Schleifen zu einem Zeitpunkt ausgeführt wird, kann das Schleifen zu einigen Zeitpunkten ausgeführt werden, bis die Oberflächen der Nuten genügend geschliffen sind. In solch einem Fall wird das erste Schleifen dann beendet, wenn die Schleifscheibe 13 durch die Kugelumlaufspindelmutter 2 tritt. Dann wird der zweite Schleifvorgang durchgeführt durch Zuführen der Kugelumlaufspindelmutter 2 in einer entgegengesetzten Richtung zur Bewegung der Kugelumlaufspindelmutter 2 beim ersten Schleifen durch umgekehrtes Drehen der Kugelumlaufspindelmutter 2. Das ver setzte Bearbeiten beim zweiten Schleifvorgang ist gleich wie beim ersten Schleifen.

Wenn eine außerhalb des Umlaufes angeordnete Kugel B_aus versehentlich in die außerhalb des Umlaufes angeordnete Nut S_aus der Kugelumlauf spindelmutter eingesetzt wird zum Zeitpunkt, wenn die so bearbeitete Kugelumlaufspin delmutter 2 durch Laden von Kugeln B in sie montiert wird, dann blockiert die Kugelum laufspindelmutter 2 um dabei zu verhindern, daß der Spindelschaft 1 und die Kugelum laufspindelmutter 2 relativ zueinander rotieren, da der Durchgang der außerhalb des Umlaufes angeordneten Nut S_aus schmäler ist als der Durchgang der innerhalb des Um laufes angeordneten Nut S_in. Als Ergebnis, kann das vorhandensein einer außerhalb des Umlaufes angeordneten Kugel B_aus mit Leichtigkeit festgestellt werden. Somit solche Abnormalitäten wie z. B. die Zungenabschnitte 3a an beiden Enden des Umlaufrohres 3 zu beschädigen, als Ergebnis des Verwendens einer Kugelumlaufspindelvorrichtung beim Vorhandensein einer außerhalb des Umlaufes vorhandenen Kugel B_aus können übersehen werden.

Zusätzlich, ist es nicht notwendig speziell einen Abweiser 5 herzustellen und anzubrin gen wie bei den konventionellen Beispielen, was bedeutet, daß die vorliegende Erfin dung nicht nur vorteilhaft für die Reduktion der Herstellungskosten im Bezug auf die Materialien, die Anzahl von Montageschritten und die Anzahl von Teilen ist, sondern auch im reduzieren der Anzahl von Bearbeitungsschritten, da der zusätzliche, bei der vorliegenden Erfindung verwendete Arbeitsschritt lediglich das teilweise Versetzen der Schleifscheibe weg von der Mittellinie ist und dieser Schritt nicht zu zählen ist als eine Zunahme der Anzahl von Bearbeitungsschritten.

Obwohl die Fälle, wo zwei oder drei innerhalb des Umlaufes angeordneten Nuten S_in vorhanden sind, in der zuvor beschriebenen Ausführungsform beschrieben wurde, kann die vorliegende Erfindung genauso auf Kugelumlaufspindelmuttern angewendet werden, welche mehrere innerhalb des Umlaufes angeordnete Nuten aufweisen.

Darüberhinaus ist, obwohl eine Kugelumlaufspindelmutter des Umlaufrohrtypes bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform beschrieben wurde, die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt, sondern kann auch auf Kugelumlaufspindelmuttern des Um laufteiltypes ebenso angewendet werden.

Wie oben beschrieben, ist die Anordnung zum Hindern einer Kugel am Verfassen eines Umlaufes für eine Kugelumlaufspindelmutter der vorliegenden Erfindung gekennzeichnet durch Herstellen eines schrägen Durchmessers der außerhalb des Umlaufes angeord neten Nut in einer Kugelumlaufspindelmutter, die eine Anzahl von Kugelumlaufumläufen über ihre innere umlaufende Oberfläche aufweist, die kleiner sind als schräge Durch messer der innerhalb des Umlaufes angeordneten Nuten. Daher kann eine außerhalb des Umlaufes angeordnete Kugel vollständig verhindert werden ohne einen Abweiser zu verwenden. Als Ergebnis dieser Konstruktion kann Material, die Anzahl von Bearbei tungsschritten, die Anzahl von Montageschritten und die Anzahl der Teile reduziert wer den um die Herstellungskosten herabzusetzen.

Claims

1. Kugelspindelmutter, bestehend aus einem einteiligen Mutternkörper mit mehreren Kugelumlaufbahnen, mit einer ersten schraubenlinienförmigen Kugelumlaufnut und einer zweiten schraubenlinienförmigen Kugelumlaufnut, deren Enden jeweils durch die Kugelumlaufbahnen miteinander verbunden werden, einer Mehrzahl von Kugeln in den Kugelumlaufnuten und Kugelumlaufbahnen, und mit einem nicht zu den Kugelumlaufbahnen gehörenden Nutabschnitt zwischen der ersten und zwei ten Kugelumlaufnut, wobei in dem Nutabschnitt keine Kugeln in einer inneren Umfangsfläche des Mutternkörpers abrollen, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutabschnitt (S_AUS) einen geneigten Durchmesser (D_AUS) aufweist, der geringer ist als der geneigte Durchmesser (D_IN) der ersten und zweiten Kugelumlaufnut (S_1IN), S_2IN).

2. Verfahren zur Herstellung einer Kugelspindelmutter, insbesondere einer Kugel spindelmutter nach Anspruch 1, unter Schleifen einer schraubenlinienförmigen Kugelumlaufspindelnut in die Kugelspindelmutter mit einer rotierenden Schleif scheibe, wobei die Kugelumlaufspindelnut eine zu einer Kugelumlaufbahn gehö rende Kugelumlaufnut und einen nicht zur Kugelumlaufbahn gehörenden Nutab schnitt aufweist, wobei die Enden der Kugelumlaufnut durch die Kugelumlaufbahn miteinander verbunden werden, mit folgenden Verfahrensschritten:

a) Zuführen der Kugelspindelmutter mit einem vorbestimmten Vorschub und Dre hen der Kugelspindelmutter;
b) Ausrichten einer Mittellinie der Schleifscheibe mit einer ersten Mittellinie einer ersten zur Kugelumlaufbahn gehörenden Kugelumlaufnut, zum Schleifen der Ku gelumlaufnut mit einem ersten, geneigten Durchmesser; und
c) Ausrichten der Mittellinie der Schleifscheibe mit einer zweiten Mittellinie eines nicht zur Kugelumlaufbahn gehörenden Nutabschnittes zum Schleifen des Nutab schnittes mit einem zweiten, geneigten Durchmesser, nachdem die Schleifscheibe eine nicht zur Kugelumlaufbahn gehörende, versetzte Position erreicht hat, wobei der zweite geneigte Durchmesser kleiner ist als der erste geneigte Durchmesser.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Schritt c) einen Schritt aufweist, bei dem die Schleifscheibe um eine vorherbestimmte Länge bezüglich der ersten Mittellinie der Schleifscheibe nach radial einwärts versetzt wird, für den nicht zur Kugelum laufbahn gehörenden Nutabschnitt.