DE3438248A1

DE3438248A1 - Verfahren zur herstellung einer kugelumlaufspindel

Info

Publication number: DE3438248A1
Application number: DE19843438248
Authority: DE
Inventors: Michael Allen Metamora Mich. Miller
Original assignee: 20TH CENTURY MACHINE
Current assignee: 20TH CENTURY MACHINE
Priority date: 1984-02-08
Filing date: 1984-10-18
Publication date: 1985-08-08
Also published as: DE3438248C2; IT1183133B; IT8519320A0; FR2559083B1; US4638548A; GB8426358D0; CA1260210A; KR850005958A; ES540212A0; GB2153712A; ES8606035A1; JPS60172418A; FR2559083A1; KR890000212B1; GB2153712B

Description

Verfahren zur Herstellung einer Kugelumlaufspindel

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Kugelumlaufelemente mit einer äußeren Umlaufbahn für eine. Kugel u. dgl. und zwar insbesondere auf ein vereinfachtes und kostengünstigeres Verfahren zur Herstellung eines Schraubgewindes zur Führung einer Kugel und entsprechende Enden bzw. Endenbearbeitungen an einem Werkstück zur Herstellung einer Kugelumlaufspindel.

Mit einer umlaufenden Kugel arbeitende Schraubtriebe sind heute für eine Vielzahl von Vorrichtungen im Einsatz. Im wesentlichen besteht ein solcher Schraubtrieb aus einem Kugelumlaufelement, im folgenden stets als Kugelumlaufspindel bezeichnet, die eine äußere spiralförmig verlaufende Nut bzw. Schraubgewinde zur Aufnahme einer Kugel besitzt. Ferner weist ein solcher Schraubtrieb eine Mutter mit einem inneren Schraubgewinde auf. Die Mutter ist auf der Kugelumlaufspindel angeordnet und eine Anzahl von Lagerkugeln sind teilweise innerhalb der Nut des äußeren Schraubgewindes und der des inneren Schraubgewindes angeordnet. Die Kugelumlaufspindel kann eine Anzahl von Enden bzw. Endenbearbeitungen umfassen, wie beispielsweise einen Stirnzapfen, eine Querbohrung und ein Schraubgewinde, um die Kugelumlaufspindel an anderen Maschinenelementen positionieren und die Spindel mit anderen Maschinenelementen zu verbinden. Wegen ihrer Eigenschaften mit Hinsicht auf ein gutes Lastaufnahmevermögen sowohl längs wie auch quer zur Kugelumlaufspindel, einen geringen Reibwiderstand für die Verschiebung der Kugelumlaufspindel relativ zum Mutterschloß, genaue Translationspositionierung der Kugelumlauf-

spindel relativ zum Mutterschloß sowie genaue axiale Positionierung der Kugelumlaufspindel gegenüber dem Mutterschloß, wenn die Elemente relativ in Längsrichtung verschoben werden, werden derartige Schraubspindeltriebe häufig verwendet. Somit werden solche Schraubspindeltriebe häufig in Maschineneinheiten eingesetzt, wo eine genaue Positionierung in Translationsrichtung zwischen verschiedenen Maschinenelementen erforderlich ist und zwar insbesondere beim Auftreten extremer Lasten. Es sind eine Vielzahl von Vorrichtungen bekannt, bei denen Schraubspindeltriebe eingesetzt werden. Beispielsweise wird gemäß US-PS 2 924 265 ein Schraubspindeltrieb und eine Vorrichtung zur Verstellung eines Fahrzeugssitzes verwendet. In der US-PS 2 930 252 ist eine Ventilsteuerung unter Verwendung eines Schraubspindeltriebs beschrieben. Die US-PS 2 935 893 und US-PS 1 967 482 zeigen den Einsatz eines Schraubspindeltriebs in einem Lenkgetriebe. Die US-PS 3 159 046 zeigt den Einsatz eines Schraubspindeltriebs in einem Differential. Eine Trimmsteuerung für ein Flugzeug unter Einsatz eines Schraubspindeltriebs ergibt sich aus der US-PS 2 772 841. Für verschiedene Hubeinrichtungen, wie beispielsweise eine gemäß US-PS 28 613, ist der Einsatz eines Schraubspindeltriebs vorbekannt. Ferner werden Schraubspindeltriebe auch bei Schneckenantrieben verwendet, etwa gemäß US-PS 3 672 239.

Ein weiteres häufiges Einsatzgebiet für Schraubspindeltriebe sind Antriebe, Werkzeughalter und Bohrvorschubeinheiten für verschiedene Werkzeugmaschinen, etwa gemäß US-PS 2 957 368, US-PS 3 640 147 und US-PS 2 375 991. Darüber hinaus ist eine Vielzahl von Einsätzen von Schraubspindeltrieben in unterschiedlichsten Gebieten bekannt.

Bislang sind zwei Verfahren zur Herstellung von äußeren Schraubgewinden auf Kugelumlaufspindeln solcher Schraubspindeltriebe bekannt. Die beiden Verfahren unterscheiden

sich im wesentlichen in ihren Kosten und in der unterschiedlichen Genauigkeit des äußeren Schraubgewindes derartiger Kugelumlaufspindeln.

Bei dem Herstellverfahren, nach dem Kugelumlaufspindeln mit begrenzter Präzision hergestellt werden, wie sie für vielfältigste Einsatzfälle genügt, wird ein Roll- oder WälzVorgang auf der äußeren Zylinderfläche eines Werkstücks durchgeführt, um ein äußeres Schraubgewinde auf der zylindrischen Oberfläche des Werkstücks zu erzielen. Das äußere Schraubgewinde für den Kugelumlauf, welches durch den Roll- bzw. Wälzvorgang erzeugt wird, führt zu einer unregelmäßigen Oberfläche, welche nur von geringem Wert für die Ausrichtung bzw. Einstellung der Enden bzw. Endenbearbeitungen für die weiteren Arbeitsvorgänge ist. Somit müssen alle weiteren Vorgänge an den Enden bzw. Endenbearbeitungen der nach diesem Herstellverfahren hergestellten Kugelumlaufspindeln relativ zum Flankendurchmesser (pitch diamter) des äußeren Schraubgewindes ausgerichtet bzw. eingestellt (located) werden. Zwar ist das Wälz- bzw. Rollverfahren kostengünstig, jedoch ist das dabei entstehende äußere Schraubgewinde nicht sehr präzise. Vielmehr ist das nach diesem Verfahren hergestellte Gewinde von mäßiger Präzision aufgrund der Schwierigkeit, die Geradlinigkeit und Steigungsgenauigkeit während eines Roll- bzw. Wälzvorgangs aufrechtzuerhalten. Die Einstellung und damit die Anordnung der Enden bzw. Endenbearbeitung bezogen auf das äußere Schraubgewinde ist von mäßiger Präzision, was aufgrund von Schwierigkeiten herrührt, die sich bei der Winkelanordnung aufgrund des Steigungswinkels ergeben, oder aufgrund von Paßstiften, welche zur Festlegung bzw. Einstellung der Enden bzw. Endenbearbeitungen relativ zum Flankendurchmesser des äußeren Schraubgewindes verwendet werden.Ferner erhöht das Verfahren zur Positionierung der Enden bzw. Endenbearbeitungen unter Verwendung von Paßstiften die Schwierigkeit zur Herstellung derartiger Enden bzw.Endenbearbeitungen (im folgenden kurz mit Endteilen bezeichnet)·_ο_

Das zweite Verfahren wird hingegen zur Herstellung von Hochpräzisions-Kugelumlaufspindeln verwendet. Nach diesem zweiten Verfahren wird ein Roll-.bzw. Wälzvorgang auf der Zylinderfläche der Kugelumlaufspindel vorgenommen, um das äußere Schraubgewinde herzustellen. Wird dann der Stirnzapfen oder ein anderes Endteil mittels einer geeigneten Einrichtung hergestellt, erfolgt dann eine Wärmebehandlung des Werkstücks und dann ein Nachschleifen des äußeren Schraubgewindes, um genauere Abmessungen in Relation zum Stirnzapfen oder eines anderen Endteiles der Kugelumlaufspindel zu erhalten. Obgleich sich damit eine Spindel mit präziseren Abmessungen erzielen läßt als nach dem vorbeschriebenen ersten Verfahren, ist dieses zweite Verfahren wesentlich teuerer als das erste Herstellverfahren.

Es besteht somit ein Bedürfnis nach einem Verfahren zur Herstellung von Kugelumlaufspindeln, welches die Schwierigkeiten mit dem ersten Herstellverfahren vermeidet, was die Anordnung bzw. Einstellung der Enden bzw. Endenbearbeitungen der Kugelumlaufspindel relativ zum äußeren Schraubgewinde betrifft. Dieses neue Verfahren sollte vorzugsweise leichter durchzuführen und zu automatisieren sein und dennoch zu einer Kugelumlaufspindel mit größerer Genauigkeit als eine nach dem ersten Verfahren hergestellte Spindel führen. Für viele Einsatzfälle ist eine Kugelumlaufspindel erforderlich, die eine Genauigkeit zwischen der nach dem ersten Verfahren erzielbaren und der nach dem zweiten Verfahren erzielbaren Genauigkeit besitzt. Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein kostengünstigeres Verfahren zur Herstellung eines äußeren Schraubgewindes einer Kugelumlaufspindel zu schaffen, mit welchem ein Schraubgewinde mit einer Genauigkeit zwischen den oben beschriebenen Verfahren bei einem Kostenaufwand erzielbar ist, der wesentlich geringer als der bei der Herstellung eines äußeren Schraubgewindes nach dem zweiten vorbeschriebenen Verfahren ist.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil der nebengeordneten HauptanSprüche gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet zwei Bearbeitungsvorgänge. Der erste Bearbeitungsvorgang betrifft die maschinelle Einarbeitung eines äußeren Schraubgewindes in der zylindrischen Außenfläche/ wobei das äußere Schraubgewinde während des ersten Bearbeitungsvorgangs relativ zur zylindrischen Außenfläche eingestellt bzw. ausgerichtet (located) ist. Das äußere Schraubgewinde besitzt eine schraubenförmige Nut mit Teilkreisquerschnitt und bildet benachbart der Nut eine schraubenförmige Schulterfläche. Der zweite Bearbeitungsvorgang betrifft die maschinelle Herstellung eines Stirnzapfens oder einer anderen Endenbearbeitung am ersten Ende des Werkstücks, wobei der Stirnzapfen oder das andere Endteil während des zweiten Bearbeitungsvorgangs relativ zur schraubenförmigen Schulterfläche des äußeren Schraubengewindes bezogen bzw. eingestellt ist.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die zylindrische Außenfläche vor dem oben genannten ersten und zweiten Bearbeitungsvorgang einer spitzenlosen Schleifbehandlung unterzogen. Ferner wird nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel das Werkstück zwischen dem ersten und dem zweiten Bearbeitungsvorgang einer Induktionshärtung unterzogen. Bei Bedarf kann die schraubenförmige Schulterfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Bearbeitungsvorgang spitzenlos geschliffen werden (centerless ground).

Nach Maßgabe der Erfindung ist es möglich, ein äußeres Schraubgewinde mit einer Genauigkeit in kostengünstiger Weise herzustellen, die zwischen den oben beschriebenen bekannten Herstellverfahren liegt. Dabei werden Schwierigkeiten vermieden, die auf den Einsatz von Paßstiften bei dem ersten Verfahren beruhen, und wird ein aufwendiges

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- 11 Nachschleifen nach dem zweiten Verfahren vermieden.

Es wird also eine Kugelumlaufspindel mit einer größeren Genauigkeit als nach dem ersten Verfahren möglich erzielt, wobei der Einsatz von Paßstiften und auch das nach dem zweiten Verfahren benötigte Nachschleifen entfallen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Teils einer Kugelumlaufspindel nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht einer Kugelumlaufspindel nach dem Stand der Technik,

Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht einer Kugelumlaufspindel nach der Erfindung,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Kugelumlaufspindel gemäß der Erfindung sowie

Fig. 5 eine Stirnansicht der in Fig. 4 dargestellten Kugelumlaufspindel .

Fig. 1 und 2 zeigen ein im folgenden kurz mit Spindeltrieb bezeichnetes Kugelumlauf-Spindelgetriebe 10 mit einer Kugelumlaufspindel 12 nach dem Stand der Technik. Spindeltrieb und Kugelumlaufspindel 12 sind lediglich exemplarisch für diejenigen Bauelemente genannt, welche nach Maßgabe des noch zu erläuternden Verfahrens herstellbar sind.

Die herkömmliche Kugelumlaufspindel 12 ist durch ein langgestrecktes Bauelement gebildet, welches zwei Enden aufweist, von denen lediglich das mit 14 bezeichnete Ende in den Figuren ersichtlich ist. Zwischen den beiden Enden der

Spindel erstreckt sich eine Längsachse, die mit 16 bezeichnet ist.

Das Ende 14 der Kugelumlaufspindel 12 ist an den Enden entsprechend ausgebildet, um mit verschiedenen Maschinenelementen zusammenwirken zu können. Die dargestellte Kugelumlaufspindel 12 besitzt einen Stirnzapfen 18, mit einer zylindrischen Zapfenfläche 20 zur drehbaren Lagerung der Kugelumlaufspindel 12. Der Stirnzapfen 18 kann mit einer ersten Stirnfläche 22 senkrecht zur Längsachse 16 versehen sein sowie eine Öffnung 24 aufweisen, die sich quer durch den Stirnzapfen erstreckt. Die Öffnung 24 kann für die Verbindung der Kugelumlaufspindel 12 mit anderen Maschinenelementen einer Maschine verwendet werden, die nicht dargestellt ist und den Spindeltrieb 10 aufweist.

Die Kugelumlaufspindel 12 ist ferner mit einem größeren zylindrischen Abschnitt 26 zwischen den beiden Enden versehen. Auf dem Zylinderabschnitt 26 ist ein äußeres Kugelschraubgewinde 28 vorgesehen . Wie aus Fig. 2 hervorgeht, umfaßt das Schraubgewinde mindestens eine schraubenförmige Nut 30 mitteilweisem Kreisquerschnitt. Mindestens eine schraubenförmige Schulter 32 ist angrenzend an der schraubenförmigen Nut 30 ausgebildet. Entsprechend Fig. 1 ist zwischen dem größeren Zylinderabschnitt 26 der Kugelumlaufspindel 12 und der zylindrischen Zapfenfläche 20 eine ebene radiale Schulter 34 ausgebildet.

Ein allgemein bekanntes und somit im Detail weder dargestelltes noch beschriebenes Mutterschloß 36 ist auf dem durchmessermäßig größeren Zylinderabschnitt 26 der Kugelumlaufspindel 12 angeordnet. Das Mutterschloß ist mit einem inneren Schraubengewinde 38 für eine Kugel versehen, welches komplementär zu dem äußeren Schraubgewinde 28 der Kugelumlaufspindel 12 ist. Eine Anzahl von Lagerkugeln 40 sind zwischen dem äußeren Schraubgewinde 28 und dem inneren

Schraubgewinde 38 in an sich bekannter Weise angeordnet.

Fig. 2 zeigt eine Teilansicht des äußeren Kugelschraubgewindes 28 einer Kugelumlaufspindel 12, die nach einem bekannten Verfahren hergestellt ist.

Bei Herstellung der Kugelumlaufspindel 12 nach einem bekannten Verfahren wird das äußere Schraubgewinde 28 für die Kugel zuerst aus der ursprünglichen Zylinderfläche des verdickten Zylinderabschnitts 26 durch Rollen oder Wälzen geformt. Die durch Rollen oder Wälzen hergestellte schraubenförmige Nut 30 besitzt üblicherweise eine Toleranz innerhalb zwölf Tausendstel eines Zolls (0,012 Zoll) pro 0,305 m (lineares Maß pro foot, umgerechnet in m).

Der Walzvorgang erzeugt eine schraubenförmige Schulter mit einer unregelmäßigen Oberfläche, wie in Fig. 2 angedeutet ist. Die Schulter 32 ist somit von geringem Nutzen für die Einstellung bzw. Ausrichtung von Endteilen relativ zum äußeren Schraubgewinde 28 für nachfolgende maschinelle Bearbeitungen. Falls Form- und Endteile der Spindelenden relativ zu der durch die schraubenförmige Schulter 32 bestimmten Fläche ausgerichtet bzw. bestimmt sind, kommt es aufgrund der Unregelmäßigkeit der Fläche zu einer wesentlichen Ungenauigkeit. Ferner ist es aufgrund des Steigungswinkels der schraubenförmigen Nut 30 sehr schwierig, diese zu verwenden, um Endteile relativ zum äußeren Schraubgewinde 28 auszurichten bzw. einzustellen. Die Verwendung von Ausricht- bzw. Einstellstiften, um die Endteile an den Enden relativ zum Flankendurchmesser der schraubenförmigen Nut 30 einzustellen, wie es bekannt ist, führt zu einem qenaueren Ergebnis bei Verwendung der schraubenförmigen Schulter 32 für die Ausrichtung und Einstellung der Endteile,ist jedoch schwierig in der Durchführung und der Automatisierung.

Einige der Endteile der Kugelumlaufspindel 12 können

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relativ zu anderen Endteilen ausgerichtet bzw. eingestellt werden. Beispielsweise können die Endteile wie etwa die erste Stirnfläche 22, die Öffnung 24 und die ebene radiale Schulter 34 gemäß Fig. 1 relativ zur zylindrischen Zapfenfläche 20 ausgerichtet bzw. eingestellt werden, nachdem die zylindrische Zapfenfläche relativ zur schraubenförmigen Schulter 32 oder der schraubenförmigen Nut 30 eingestellt worden ist.

Das oben beschriebene erste Verfahren wird für die industrielle Herstellung von Kugelumlaufspindeln mäßiger Genauigkeit verwendet.

Obgleich eine durch einen Walzvorgang hergestellte Kugelumlaufspindel 12 vergleichsweise preiswert ist, so ist allerdings der Toleranzaufbau zwischen der schraubenförmigen Nut 3 0 und den verschiedenen Endteilen für einige Anwendungsfälle nicht annehmbar. Deshalb wird in einigen Fällen ein zusätzlicher Schleifvorgang an der schraubenförmigen Nut 30 angewandt, um diesen Toleranzaufbau zu reduzieren, nachdem mindestens eine vorgewählte Endenbearbeitung ausgerichtet bzw. eingestellt worden ist. Das Schleifwerkzeug für den NachschleifVorgang der schraubenförmigen Nut 30 wird relativ zum vorgewählten Endteil der Kugelumlaufspindel 12 positioniert, wobei in kennzeichnender Weise das vorgewählte Endteil die zylindrische Zapfenfläche 20 ist. Das Nachschleifen vermindert wesentlich den Toleranzaufbau zwischen den Endenbearbeitungen und der schraubenförmigen Nut 30 innerhalb zwei bis fünfzehn Tausendstel eines Zolls (0,0002 bis 0,0005 Zoll) pro 0,305 m (lineares Maß pro foot, umgerechnet in metrische Einheit).

Zwar führt dieses zweite bekannte Heastellverfahren zu einer außerordentlich genauen Kugelumlaufspindel 12 von hoher Präzision, ist jedoch hinsichtlich der Ausführung des Nachschleifvorgangs außerordentlich teuer. Somit wird dieses

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zweite Herstellverfahret nur dao.n . verwendet, wenn eine Hochpräzision-Kugelumlaufspindel erforderlich ist.

Ferner führt das zweite Herstellverfahren nach dem Stand der Technik noch zu einer schraubenförmigen Schulter 32 mit unregelmäßiger Form. Somit muß ein wesentlicher Zwischenraum zwischen der schraubenförmigen Schulter 32 des äußeren Schraubgewindes 28 und der entsprechenden schraubenförmigen Schulter 43 des inneren Schraubgewindes des MutterSchlosses vorgesehen sein, um einen Kontakt von Abschnitten der schraubenförmigen Schulter 32 mit Abschnitten der schraubenförmigen Schulter 43 zu vermeiden.

Mit dem im folgenden erläuterten Verfahren zur Herstellung eines äußeren Schraubgewindes auf einer Kugelumlaufspindel können die Nachteile der bekannten Verfahren vermieden werden.

Danach wird eine Kugelumlaufspindel 112 gemäß den Fig. 3, und 5 aus einem Werkstück hergestellt, wie es ähnlich für die oben beschriebene Kugelumlaufspindel 12 verwendet wird. Gemäß Fig. 4 besitzt die Kugelumlaufspindel 112 ein erstes Ende 114 sowie ein zweites nicht dargestelltes Ende. Eine Längsachse 116 erstreckt sich vom ersten Ende 114 zum zweiten Ende der Spindel. Bestimmte End teile sind am ersten Ende 114 der Kugelumlaufspindel vorgesehen, wie etwa ein Stirnzapfen 118 mit einer zylindrischen Zapfenfläche 120, einer ersten Stirnfläche 122 und einer Querbohrung oder Queröffnung 124.

Die Kugelumlaufspindel 112 ist ferner mit einem vergrößerten oder verdickten zylindrischen Abschnitt 126 zur Bildung eines äußeren Schraubgewindes 128 für eine Kugel mit mindestens einer schraubenförmigen Nut 130 und einer schraubenförmigen Schulter 132 versehen. Schließlich ist zwischen dem verdickten Zylinderabschnitt 126 und der zylindrischen Zapfenfläche 120 eine ebene, radial verlaufende Schulter 134 vorgesehen .

Wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist, wird die lediglich

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schematisch dargestellte ursprüngliche Zylinderfläche 142 des verdickten Zylinderabschnitts 126 der Kugelumlaufspindel auf eine vorbestimmte Toleranz durch eine spitzenlose Schleifmaschine bearbeitet, um eine neue Zylinderfläche 144 zu erzeugen. Danach werden ein oder mehrere schraubenförmige Nuten in die neue Zylinderfläche 144 eingearbeitet. Der Bearbeitungsvorgang für die Erzeugung der schraubenförmigen Nut 130 wird relativ zur neuen Zylinderfläche 144 eingestellt. Hierbei ist festzuhalten, daß dann, wenn die schraubenförmige Nut 130 bearbeitet wird, die hierzu benachbarte schraubenförmige Schulter 132 im wesentlichen durch den Bearbeitungsvorgang unbeeinflußt bleibt. Somit wird die schraubenförmige Schulter 132 eine schraubenförmige Schulterfläche definieren, die im wesentlichen identisch mit der oben beschriebenen neuen Zylinderfläche 144 ist. Die schraubenförmige Nut 130 liegt dann genau innerhalb von drei Tausendstel eines Zolls (0,003 Zoll/pro 0,305 m linear gemessen, Umrechnung von foot auf m). Hierbei ist festzuhalten, daß dieser Toleranzaufbau von einer Zwischengröße zwischen den durch die zwei bekannten Verfahren zur Herstellung einer schraubenförmigen Nut "BO einer Kugelumlaufspindel gegebenen Größen ist. In der Praxis reicht dieser zwischenliegende Toleranzaufbau für viele Anwendungsfälle aus.

Somit kann die schraubenförmige Schulterfläche 144 nach der maschinellen Bearbeitung der Nut 130 für die genaue Einstellung der Bearbeitungswerkzeuge für die maschinelle Endbearbeitung der Endteile bzw. Endenbearbeitungen der Kugelumlaufspindel 112 oder zur Einstellung des Schraubgewindes für eine eventuelle Nachbearbeitung verwendet werden. Falls bei der maschinellen Bearbeitung zur Herstellung der schraubenförmigen Nut 130 Fehler in der Schulterfläche 144 auftreten, kann die Schulterfläche 144 einem zweiten SchleifVorgang (spitzenlose Schleifmaschine) bei Bedarf unterzogen werden, so daß die Schulterfläche in sicherer Weise zur Einstellung der Endenbearbextungen relativ zur Kugelumlaufspindel 112 verwendet werden kann.

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Das Werkstück, aus welchem die Kugelumlaufspindel 112 hergestellt wird, wird vorzugsweise induktionsgehärtet, nachdem die Nut 130 hergestellt worden ist. Bei Bedarf kann der Endzapfen 118 gleichzeitig einer Induktionshärtung unterzogen werden.

Schließlich können die Endbearbeitungen auf den verschiedenen Endteilen der Kugelumlaufspindel 112 vorgenommen werden. Die für diese Schlußbearbeitung der Endteile bzw. Endenbearbeitungen der Kugelumlaufspindel 12 verwendeten Werkzeuge werden genau zur schraubenförmigen Schulterfläche 144 eingestellt. Die Endteile können die Bearbeitung der zylindrischen Zapfenfläche 120 zur Verringerung des Toleranzaufbaus zwischen der zylindrischen Zapfenfläche und dem äußeren Schraubgewinde 128 beinhalten.

Weitere Bearbeitungsvorgänge, die auf die Endenbearbeitungen bzw. Endteile der Kugelumlaufspindel 112 relativ zur schraubenförmigen Schulterfläche 146 oder die neue schraubenförmige Schulterfläche 148 anwendbar sind, sind etwa das Bohren einer Querbohrung 124 und Planschleifen der ersten Stirnfläche und der ebenen Radialschulter 134. Selbstverständlich können auch verschiedene andere maschinelle Bearbeitungsvorgänge an anderen geeigneten Endteilen der Kugelumlaufspindel zur selben Zeit vorgenommen werden.

Ersichtlich können diese Endbearbeitungen bezogen auf die schraubenförmige Schulterfläche 144 leichter durchgeführt werden als es bei Verwendung von Einstell-bzw. Ausrichtstiften oder bei einem Nachschleifen der Fall ist. Ferner ist dieses Verfahren auch einfacher automatisierbar. Gleichwohl führt dieses Verfahren zu einer Kugelumlaufspindel 112 mit einem Toleranzaufbau zwischen der schraubenförmigen Nut 130 und den verschiedenen Endteilen der Kugelumlaufspindel der zwischen den der oben beschriebenen bekannten Verfahren liegt. Dennoch läßt sich dieses Verfahren kostengünstiger

an einem Werkstück ausführen als die bekannten Verfahren. Für Anwendungsfälle, bei denen eine Toleranz im Bereich von einigen Tausendstel eines Zolls annehmbar ist, ist das beschriebene Verfahren im Sinne von Kosteneinsparungen außerordentlich vorteilhaft. Ferner läßt sich mit diesem Verfahren eine Kugelumlaufspindel 112 erzielen, welches eine wesentlich verbesserte Positioniergenauigkeit, Geradlinigkeit, Konzentrizität und Übereinstimmung des Außendurchmessers als eine Kugelumlaufspindel 12, die nach dem bekannten Stand der Technik durch einen Walzvorgang alleine ohne nachfolgende maschinelle Bearbeitung hergestellt worden ist.

Da ferner die schraubenförmige Schulterfläche 144, die mit dem vorliegenden Verfahren erzeugt wird, im wesentlichen geradlinig und rund ist, kann diese bei Bedarf enger an die Abmessungen der schraubenförmigen Schulter 43 gemäß Fig. des inneren Schraubengewindes des Mutterschlosses 36 angepaßt sein, welche in Verbindung mit einer Kugelumlaufspindel 112 nach den Fig. 3 bis 5 verwendet wird.

Schließlich kann aus der oben beschriebenen Kugelumlaufspindel 112 eine Hochpräzisions-Kugelumlaufspindel hergestellt werden, indem die schraubenförmige Nut 130 auf eine höhere Genauigkeit nachgeschliffen wird. Dieser NachschleifVorgang kann bezogen auf die schraubenförmige Schulterfläche 144 eingestellt sein, woraus dann eine Hochpräzisions-Kugelumlaufspindel mit größerer Genauigkeit als die Hochpräzisions-Kugelumlauf spindel nach dem Stand der Technik resultiert.

Claims

20th Century Machine, 6070 East 18 Mile Road, Sterling Heights, Michigan, 48078, United States of America Verfahren zur Herstellung einer Kugelumlaufspindel Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Kugelumlaufspindel aus einem Werkstück mit einem eine zylindrische Außenfläche besitzenden zylindrischen Abschnitt zwischen den beiden Werkstückenden, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst ein Schraubgewinde mit einer schraubenförmigen Nut mit Teilkreisquerschnitt und einer angrenzenden schraubenförmigen Schulterfläche für die Kugelaufnahme in die zylindrische Außenfläche eingearbeitet wird, wobei das Schraubgewinde während dieses ersten Bearbeitungsschrittes relativ zur zylindrischen Außenfläche eingestellt ist, und daß in einem zweiten Bearbeitungsschritt Endteile an mindestens einem Werkstückende maschi-

— 2—

nell bearbeitet werden/ wobei für den zweiten Bearbeitungsvorgang die Endteile bezogen auf die schraubenförmige Schulterfläche eingestellt sind.

O^

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem ersten Bearbeitungsschritt die zylindrische Außenfläche des Zylinderabschnitts des Werkstücks spitzenlos geschliffen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten und zweiten Bearbeitungsschritt der zylindrische Abschnitt des Werkstücks einer Induktionshärtung unterzogen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten und zweiten Bearbeitungsschritt die schraubenförmige Schulterfläche des Schraubgewindes spitzenlos geschliffen wird.

5. Kugelumlaufspindel, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelumlaufspindel durch das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellt ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten und zweiten Bearbeitungsschritt der zylindrische Abschnitt des Werkstückendes einer Induktionshärtung unterzogen wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bearbeitungsschritt die maschinelle Bearbeitung einer Stirnfläche an wenigstens einem der Werkstückenden umfaßt, wobei die Stirnfläche während dieses Bearbeitungsvorgangs bezogen auf das Schraubgewinde eingestellt bzw. festgelegt ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endteile einen axial mit dem Schraubgewinde ausgerichteten Stirnzapfen umfassen.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bearbeitungsschritt ein Nachschleifen der einen Teilkreisquerschnitt aufweisenden schraubenförmigen Nut umfaßt, wobei die Einstellung auf die schraubenförmige Schulterfläche bezogen ist.

10. Verfahren zur Herstellung einer Kugelumlaufspindel aus einem Werkstück mit einem eine zylindrische Außenfläche besitzenden zylindrischen Abschnitt zwischen den beiden Werkstückenden, dadurch gekennzeichnet, daß als erster Bearbeitungsschritt die zylindrische Außenfläche des zylindrischen Abschnitts einem spitzenlosen Schleifen unterzogen wird, daß als zweiter Bearbeitungsschritt ein Schraubgewinde mit einer schraubenförmigen Nut mit Teilkreisquerschnitt und einer der Nut benachbarten schraubenförmigen Schulterfläche zur Kugelaufnahme in die zylindrische Außenfläche maschinell eingearbeitet wird, wobei das Schraubgewinde während des zweiten Bearbeitungsschritts bezogen auf die zylindrische Außenfläche bestimmt ist, und daß als dritter Bearbeitungsschritt ein Stirnzapfen am Werkstückende maschinell bearbeitet wird, wobei der Stirnzapfen während des dritten Bearbeitungsschritts bezogen auf die schraubenförmige Schulterfläche eingestellt ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zweiten und dritten Bearbeitungsschritt der zylindrische Abschnitt des Werkstücks einer Induktionshärtung unterzogen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11/ dadurch g e -

kennzeichnet, daß nach dem zweiten Bearbeitungsschritt der zylindrische Abschnitt und das Werkstückende einer Induktionshärtung unterzogen werden»

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeich et, daß zwischen dem zweiten und dritten Bearbeitungsschritt die schraubenförmige Schulterfläche des Schraubgewindes spitzenlos geschliffen wird.

14. Kugelumlaufspindel, dadurch gekennzeichn e t , daß die Kugelumlaufspindel durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13 hergestellt ist.

15. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem zweiten Bearbeitungsschritt eine Stirnfläche auf mindestens einem Ende des Werkstücks maschinell bearbeitet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche während des Bearbeitungsvorganges relativ auf die schraubenförmige Schulterfläche eingestellt bzw. bestimmt ist.

17. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem ersten Bearbeitungsschritt eine Halterungs- oder Befestigungseinrichtung in das Werkstück benachbart einem der beiden Werkstückenden geformt wird, wobei die Halterungs- oder Befestigungseinrichtung während des zusätzlichen Bearbeitungsvorgangs bezogen auf die schraubenförmige Schulterfläche eingestellt ist.

18. Verfahren zur Herstellung einer Kugelumlaufspindel aus einem Werkstück mit einem eine zylindrische Außenfläche besitzenden zylindrischen Abschnitt zwischen den

beiden Werkstückenden, dadurch gekennzeichnet, daß als erster Bearbeitungsschritt die zylindrische Außenfläche des zylindrischen Abschnitts des Werkstücks spitzenlos geschliffen wird, daß als zweiter Bearbeitungsschritt ein Schraubgewinde mit einer schraubenförmigen Nut mit Teilkreisquerschnitt und einer der Nut benachbarten schraubenförmigen Schulterfläche zur Kugelaufnahme in die zylindrische Außenfläche maschinell eingearbeitet wird, wobei das Schraubgewinde bei dem zweiten Bearbeitungsschritt unter Bezug auf die zylindrische Außenfläche eingestellt ist, daß der zylindrische Abschnitt eines Werkstücks einer Induktionshärtung unterzogen wird, daß als dritter Bearbeitungsschritt die schraubenförmige Schulterfläche der schraubenförmigen Kugelaufnahmenut einem spitzenlosen Schleifen unterzogen wird und daß als vierter Bearbeitungsschritt ein Stirnzapfen am Werkstückende maschinell hergestellt wird, wobei bei der Bearbeitung des Stirnzapfens die Einstellung auf die schraubenförmige Schulterfläche bezogen ist.

19. Kugelumlaufspindel, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelumlaufspindel durch das Verfahren nach Anspruch 18 hergestellt ist.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem dritten Bearbeitungsschritt die Teilkreisquerschnitt aufweisende schraubenförmige Nut einem Nachschleifvorgang bei einer auf die schraubenförmige Schulterfläche bezogenen Einstellung unterzogen wird.