DE3716613A1

DE3716613A1 - Kugelumlaufspindel

Info

Publication number: DE3716613A1
Application number: DE19873716613
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Teramachi
Original assignee: Individual
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 1986-05-19
Filing date: 1987-05-18
Publication date: 1987-11-26
Also published as: IT8720567A0; FR2598767A1; JPS62185961U; GB2190723B; KR900007366B1; GB2190723A; GB8711758D0; IT1215499B; US4841796A; JPH049471Y2; KR870011397A; FR2598767B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Spindel und insbesondere eine Kugelumlaufspindel, bei der eine Mehrzahl Kugeln zwischen Wälznuten eingesetzt sind, die in einem Spindelschaft und einer Mutter ausgebildet sind, die damit zusammenarbeitet, um eine relative Drehung und Axialbewegung des Spindelschafts und der Mutter mit Hilfe der Kugeln zu ermöglichen.

Eine Kugelumlaufspindel dieser Bauart ermöglicht eine rela tive Drehung und axiale Bewegung eines Spindelschafts und einer Mutter aufgrund einer Abwälzbewegung einer Mehrzahl von Kugeln, die zwischen die Wälznuten eingelegt sind, die in dem Spindelschaft und der Mutter ausgebildet sind, wobei diese Einrichtung anstelle einer üblichen Gleitbewegung vor handen ist. Hierdurch wird der Reibungswiderstand beträcht lich reduziert und es wird Energie gespart. Ferner wird eine gleichmäßige Drehung und Axialbewegung ermöglicht, was ins besondere im Hinblick auf eine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von Vorteil ist, so daß diese Kugelumlaufspindeln häufig bei Vorschubeinrichtungen für Schneidwerkzeuge und/oder Bearbei tungstische verwendet werden.

Bei einer Kugelumlaufspindel dieser Art ist es notwendig, einen endlosen Umlaufkanal zwischen den Wälznuten in dem Spindelschaft und der Mutter auszubilden, um eine relative Drehung und Axialbewegung des Spindelschafts und der Mutter unabhängig von der Länge des Spindelschafts zu ermöglichen. Hierzu ist in der Mutter eine Ablenkeinrichtung vorgesehen, die eine Kugelrücklaufnut hat, durch die die Kugeln wiederum zu den Ausgangswälznuten zurückkehren können, wenn sie über einen Gewindespindelgang gelaufen sind.

Um die Ablenkeinrichtung fest mit der Mutter zu verbinden, ist ein Verfahren bekannt, bei dem nach Fig. 8 Öffnungen 22 in der inneren Fläche der Mutter 20 ausgebildet sind und Ab lenkeinrichtungen 21 eingesetzt und in den Öffnungen fest ver klebt sind (offengelegte japanische Patentanmeldung No. 1 31 059/1984). Ein weiteres Verfahren, das in Fig. 9 gezeigt ist, weist eine axiale Nut 23 auf, die auf der inneren Umfangs fläche der Mutter 20 ausgebildet ist, und eine Ablenkeinrich tung 21 ist in die Nut 23 eingesetzt, wobei die Ablenkeinrich tung zwei Stücke 24 enthält, die fest mit den Mutterenden ver bunden sind, sowie bewegliche Stücke 25, die zwischen den bei den festen Stücken 24 gehalten sind, so daß die beweglichen Stücke 25 geringfügig axial und radial zwischen den festen Stücken und zwischen der Mutter 20 und dem nicht gezeigten Spindelschaft bewegbar sind (Gebrauchsmusteranmeldung No. 33 489/1973).

Da bei der erstgenannten und in Fig. 8 gezeigten Methode die Öffnungen 22 von der äußeren Umfangsfläche der Mutter 20 her vorgesehen sind und Ablenkeinrichtungen 21 eingesetzt und in den Öffnungen 22 festgelegt sind, ist es jedoch schwierig, die Wälznut 26, die in der inneren Fläche der Mutter 20 aus gebildet ist, in Ausrichtung zu der Kugelrücklaufnut 27 zu bringen, die in den inneren Flächen der Ablenkeinrichtungen 21 ausgebildet sind und zwar mit hoher Genauigkeit in axialer und radialer Richtung sowie in Drehrichtung. Somit können sich Unebenheiten zwischen der Wälznut 26 und den Kugelrücklauf nuten 27 infolge von Positionsabweichungen ergeben, so daß das gleichförmige Kugelabwälzen behindert wird. Ferner können sich die Einrichtungen zum Festlegen der Ablenkeinrichtungen 21 an der Mutter 20 infolge von Schwingungen lösen, die wäh rend der Anwendung und/oder Temperaturänderungen auftreten. Hierdurch können Geräusche entstehen und/oder die Haltbarkeit der Spindel wird beeinträchtigt. Ferner sind Einrichtungen erforderlich, um den Abstand zwischen den Öffnungen 22 kon stant zu halten und die zugeordneten eingesetzten Ablenk einrichtungen 21 vollständig luftdicht zu machen.

Bei der zweitgenannten Methode nach Fig. 9 ist die Ablenk einrichtung 21 in viele Stücke unterteilt, insbesondere in zwei feste Stücke 24 und die beweglichen Stücke 25. Es ist schwierig, die Ablenkeinrichtung 21 mit hoher Genauigkeit herzustellen, was auf die sich aufsummierenden Fehler zurück zuführen ist, die bei der Herstellung von festen und beweg lichen Stücken 24 und 25 auftreten. Diese Methode bringt eine geringfügige Verbesserung im Vergleich zu der erstgenannten Methode mit sich. Nach wie vor besteht das Problem, daß die Herstellung und die Montage der Spindel schwierig ist.

Gemäß dieser Methode kann die Positionsabwei chung zwischen der Wälznut 26 in der Mutter 20 und den Kugel rücklaufnuten 27 in den Ablenkeinrichtungen 21 korrgiert wer den, da die zugeordneten beweglichen Stücke 25 axial und ra dial zwischen den beiden festen Stücken 24, der Mutter 20 und dem Spindelschaft (nicht gezeigt) beweglich gehalten sind. Jedoch sind die zugeordneten beweglichen Stücke 25 in Form einer Gleitbewegung bewegbar, so daß, wenn der Spindelschaft vor und zurück relativ zur Mutter 20 gedreht wird, das Nach laufvermögen des Spindelschafts bezüglich einer Änderung der Richtung gering ist, in die sich der Spindelschaft dreht. Ins besondere wenn es erforderlich ist, häufig die Drehrichtung zu ändern, ist es notwendig, die Drehrichtung des Spindel schafts umzukehren, bevor die Ablenkeinrichtung 21 sich in eine optimale Position bei einer gewissen Drehrichtung bewegt, um hierdurch den Drehwiderstand abnormal zu erhöhen und/oder ein Abwärtsbewegen oder Schrägstellen der beweglichen Stücke 25 infolge des Vorhandenseins der Abstände zwischen den zu geordneten beweglichen Stücken und der Mutter zu bewirken. Somit erhält man keinen gleichmäßigen Kugelumlaufkanal, Ge räusche werden erzeugt und/oder die Haltbarkeit der Spindel kann hierdurch beeinträchtigt werden.

Die Erfindung zielt darauf ab, unter Überwindung der zuvor geschilderten Schwierigkeiten eine Kugelumlaufspindel bereit zustellen, bei der die vorstehend genannten Schwierigkeiten überwunden sind und bei der die Ablenkeinrichtungen in der Mutter genau, fest und leicht fixierbar sind.

Nach der Erfindung weist eine Kugelumlaufspindel folgendes auf:
einen Spindelschaft, der auf seinem Außenumfang eine Spiral nut hat, längs der sich Kugeln abwälzen können,
eine Mutter, die an ihrem Innenumfang eine Spiralnut hat, längs der sich die Kugeln abwälzen können und die der Nut auf dem Spindelschaft zugeordnet ist, wobei die Mutter eine axial verlaufende Paßnut auf ihrer Innenumfangsfläche hat, die wenigstens zu einem der offenen Enden der Mutter offen ist, und wobei die Paßnut sich von der Bodenseite in Rich tung zu dem radialen offenen Ende verengt,
eine Ablenkeinrichtung, die in die Paßnut in der Mutter ein gesetzt ist und eine Form entsprechend jener der Paßnut hat, wobei die Ablenkeinrichtung Kugelrücklaufnuten auf ihrer Innenfläche für das Rückführen der Kugeln hat, die sich in Form einer Wälzbewegung zwischen den Nuten in dem Spindel schaft und der Mutter bewegen, um diese zu dem Zwischenraum der Ausgangsnuten zurückzubewegen, und um endlose Umlauf kanäle für die Kugeln zu bilden, wobei die Kugelrücklaufnuten an der Ablenkeinrichtung in einer solchen Anzahl vorgesehen sind, die jenen der endlosen Umlaufkanäle entspricht, und
eine axiale Fixiereinrichtung, die an einem offenen Ende der Mutter zum Fixieren der Ablenkeinrichtung angebracht ist.

Bei der Erfindung ist es erforderlich, daß eine Paßnut, in die die Ablenkeinrichtung paßt, wenigstens an einem Ende zu einem offenen Ende der Mutter offen sein sollte, so daß die Ablenkeinrichtung, die eine Form entsprechend der Nut hat, über das offene Mutterende in die Mutter einführbar ist. Daher sollte die Nut derart ausgebildet sein, daß sie im we sentlichen über die gesamte axiale Länge der Mutter verläuft oder es sollten zwei radial verschobene Nutteile vorhanden sein, wobei eines sich von einem Mutternende zu der axialen Mitte der Mutter erstreckt und das andere sich von dem ande ren Mutternende zu der axialen Mitte der Mutter erstreckt.

An der Ablenkeinrichtung sind ein oder mehrere Kugelrücklauf nuten, die in ihrer Anzahl der Anzahl der endlosen Kugelum laufkanäle, die an der Kugelumlaufspindel vorgesehen sind, entspricht, auf der inneren Oberfläche der Ablenkeinrichtung ausgebildet. Somit ist die Ablenkeinrichtung in die Nuten eingesetzt, die in der Mutter ausgebildet sind, um eine er forderliche Anzahl von endlosen Umlaufkanälen zu bilden. Das Material der Ablenkeinrichtung kann entweder ein Metall oder ein Kunstharz sein. Bevorzugt wird jedoch Kunstharz verwendet und zwar im Hinblick auf das Verhindern des Auftretens von Geräuschen und der eng anliegenden Anpassung der Ablenkein richtung in die Mutternut unter Ausnutzung des Federungsver mögens.

Die axiale Fixiereinrichtung zum Fixieren eines oder beider Enden der Ablenkeinrichtung kann ein oder es können zwei Dichtungselemente, Sperringe oder andere Einrichtungen, wie Verbindungen sein, die fest mit den beiden offenen Enden der Mutter verbunden sind.

Eine Methode zum Fixieren der Ablenkeinrichtung kann irgend eine Einrichtung umfassen und sie ist hierauf nicht beschränkt. Die Ablenkeinrichtung und die axiale Fixiereinrichtung können gleichzeitig an der Mutter angebracht werden, wenn beide Enden der Paßnuten zu den entsprechenden offenen Enden der Mutter offen sind. Die in die Paßnuten an beiden Enden der entsprechenden axialen Fixiereinrichtung eingesetzten Deflek toreinrichtungen sind an den beiden offenen Enden der Mutter mit Hilfe von entsprechenden Einrichtungen, wie Schraubklem men, Verbindungen oder Schweißen angebracht.

Wie vorstehend bereits angegeben ist, hat eine Kugelumlauf spindel nach der Erfindung eine Paßnut in der Mutter, wobei die Paßnut sich von ihrem Boden in Richtung zu ihrem radialen offenen Ende verengt. Die Ablenkeinrichtung ist in die Paß nut eingesetzt, hinsichtlich ihrer Radialbewegung begrenzt und durch die axiale Fixiereinrichtung festgelegt, die an den beiden offenen Enden der Mutter angebracht ist. Daher kann die Ablenkeinrichtung, die mit hoher Präzision herge stellt ist, genau und fest mit Hilfe einer Anzahl von Teilen angebracht werden, so daß sich eine Kugelumlaufspindel sehr einfach herstellen und/oder zusammensetzen läßt. Ferner ist die Schwierigkeit hinsichtlich des schlechten Nachlaufverhal tens bei der Umkehr der Drehrichtung überwunden, so daß das Umlaufen der Kugeln sehr gleichmäßig ist. Es werden keine Ge räusche während einer Hochgeschwindigkeitsdrehung erzeugt. Die Kugeln laufen gleichmäßig um und die Haltbarkeit wird verbessert.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung er geben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzug ten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beige fügte Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Kugelumlauf spindel gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Längsschnittansicht der Anordnung von Fig. 1, wobei der Spindelschaft weggelassen ist,

Fig. 3 eine Querschnittsansicht längs des endlosen Um laufkanals für die Kugeln (längs der Linie III- III in Fig. 2),

Fig. 4 eine Teilschnittansicht zur Verdeutlichung eines Teils von Fig. 3 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 5 eine Schnittansicht längs der Linie V-V in Fig. 2,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer Ablenkeinrich tung,

Fig. 7 eine Fig. 2 ähnliche Ansicht einer Kugelumlauf spindel gemäß einer weiteren Ausbildungsform nach der Erfindung, und

Fig. 8 und 9 eine perspektische und eine Längsschnittan sicht jeweils einer Mutter zur Verdeutlichung einer Ablenkeinrichtung, die in einer üblichen Kugelum laufspindel angebracht ist.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeich nung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert.

Fig. 1 bis 6 zeigen eine Kugelumlaufspindel gemäß einer bevorzugten Ausbildungsform nach der Erfindung. Die Spindel umfaßt einen Spindelschaft 1, der eine spiralförmige Umlauf nut 1 a auf seinem Außenumfang hat, längs der sich Kugeln 5 abwälzen, und eine Mutter 2, die eine spiralförmig verlaufende Wälznut 2 a auf ihrem Innenumfang hat, die der Wälznut 1 a im Spindelschaft 1 zugeordnet ist. Die Mutter 2 hat auch eine axial verlaufende Nut 6, die sich von ihrem Boden in Richtung zum radial offenen Ende verengt. In diese Nut 6 ist eine Ablenkeinrichtung 3 eingesetzt, die eine Form entsprechend jener der Nut 6 hat und die Kugelrücklaufnuten 3 a hat, durch die Kugeln 5, die zwischen den Nuten 1 a und 2 a des Spindel schafts 1 und der Mutter 2 sich abwälzend bewegen, zu dem Zwischenraum zwischen den Ausgangsnuten 1 a und 2 a zurückge führt werden. Die Nuten 1 a, 2 a und 3 a bilden endlose Umlauf kanäle für die Kugeln 5. Die Kugelumlaufspindel enthält auch eine axiale Fixiereinrichtung 4, die ein Dichtungselement 4 a aufweist, das an jedem offenen Ende der Mutter 2 angebracht ist und das das Eindringen von Fremdstoffen von außen her in die Mutter 2 und auch ein Austreten von Fett oder Schmiermit tel verhindert, das zwischen die Mutter 2 und die Spindel 1 eingebracht wird.

Bei dieser Ausbildungsform hat die Mutter 2 eine Befestigungs stufe 7 an jedem ihrer offenen Enden, in die ein stufenförmig ausgebildetes, ringförmiges Dichtungselement 4 a eingesetzt ist und mit Hilfe von Schneidschrauben 8 festgelegt ist, die durch Gewindeöffnungen 8 a in der Stufe 7 durchgeschraubt sind. Die Mutter 2 hat einen Flansch 9 an einem Ende, um die Mutter an einer weiteren mechanischen Fixierung anzubringen. Der Flansch 9 hat Öffnungen 10, durch die Befestigungsschrauben durchgeführt sind und er hat auch eine Fettöffnung 11, durch die Fett oder Schmiermittel in den Raum zwischen die Mutter 2 und den Schraubenschaft 1 eingebracht werden kann.

Die in die Nut 6 in der Mutter 2 eingepaßte Ablenkeinrichtung 3 hat drei Kugelrücklaufnuten 3 a, mittels denen Kugeln, die sich etwa über einen Gangabstand zwischen den Nuten 1 a und 2 a im Schaft 1 und der Mutter 2 abwälzend bewegt haben, zu dem Zwischenraum zwischen den Ausgangsnuten 1 a und 2 a zurückbewegt werden, um hierdurch drei endlose Umlaufkanäle zwischen dem Schaft 1 und der Mutter 2 zu bilden. Bei dieser Ausbildungs form besteht die Ablenkeinrichtung 3 aus einem synthetischen Harz, so daß die Ablenkeinrichtung 3 in die Nut 6 in der Mut ter 2 auf luftdichte Weise unter Nutzung des Eigenfederungs vermögens der Ablenkeinrichtung 3 eingepaßt werden kann. Da die Ablenkeinrichtung 3 aus synthetischem Harz besteht, werden nur wenig Geräusche erzeugt, obgleich sich die Richtung, in die sich die Kugeln 5 bewegen, ändern kann, so daß die Kugeln gegeneinander stoßen und insbesondere dann, wenn die Kugelumlaufspindel im Falle einer Hochgeschwindigkeitsdrehung zur Anwendung kommt.

Das Dichtungselement 4 a, das in die Stufe 7 eingepaßt ist, die an jedem offenen Ende der Mutter 2 ausgebildet ist, und das mit Hilfe der Schneidschrauben 8 fixiert ist, besteht beispielsweise aus Teflon oder Nylon und hat die Form eines Rings, dessen Innenumfangsfläche derart ausgebildet ist, daß sie der Außenumfangsfläche des Spindelschafts 1 entspricht, der sich durch den Ring erstreckt. Das Dichtungselement 4 a hat auch Gewindeöffnungen 8 b an seinem Außenumfang, in die die Schneidschrauben 8 eingeschraubt werden.

Wenn bei dieser Ausbildungsform eine Kugelumlaufspindel aus dem Spindelschaft 1, der Mutter 2, der Ablenkeinrichtung 3, den beiden Dichtungselementen 4 a und einer Vielzahl von Ku geln 5 zusammengesetzt wird, wird die Ablenkeinrichtung 3 aus synthetischem Harz in die Nut 6 in der Mutter 2 unter Aus nutzung des Federungsvermögens der Ablenkeinrichtung 3 pas send eingesetzt. Der Spindelschaft 1 wird dann in die Mutter 2 von einem offenen Ende her zu dem nahegelegenen Ende der Ablenkeinrichtung 3 eingesetzt. Die Kugeln 5 werden dann über ein offenes Ende der endlosen Umlaufkanäle eingebracht, die von den Wälznuten 1 a und 2 a des Schafts 1 und der Mutter 2 gebildet werden. Auf diese Weise werden die Kugeln 5 in den jeweiligen endlosen Umlaufkanal eingebracht. Der Spindel schaft 1 wird dann relativ zur Mutter 2 vor- und zurückge dreht, um die Ablenkeinrichtung 3 in Position zu bringen. Das Dichtelement 4 a wird dann in die jeweiligen offenen Enden der Mutter eingesetzt und Schneidschrauben 8 werden in die Öffnungen 8 eingesetzt, die in der Stufe 7 in der Mutter aus gebildet sind, um die Schraube 8 in die Gewindeöffnung 8 b im Dichtungselement 4 a einzuschrauben und dasselbe an der Mutter zu fixieren, so daß dasselbe in der Mutter an Ort und Stelle festgelegt ist.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausbildungsform einer Kugelum laufspindel nach der Erfindung. Diese Ausbildungsform unter scheidet sich zu der zuvor erörterten dadurch, daß die axiale Fixiereinrichtung 4 für die Ablenkeinrichtung 3 einen Sperr ring 4 b enthält, der beispielsweise mittels Punktschweißen an jedem der offenen Enden der Mutter befestigt ist.

Bei den vorangehend erläuterten Ausführungsbeispielen ist die axiale Fixiereinrichtung an jedem der offenen Enden der Mutter festgelegt. Die zugeordneten axialen Fixiereinrichtungen und die Ablenkeinrichtung können aus miteinander verschweißbaren Materialien, beispielsweise aus Metallen oder Kunstharzen, hergestellt sein, die dieselbe Materialqualität haben. Die zugeordneten axialen Fixiereinrichtungen und die Ablenkein richtung werden derart fixiert, daß sie eine feste positions mäßige Zuordnung haben, wozu entsprechende Einrichtungen, wie ein Preßklemmen, eine Verbindung oder ein Schweißen verwendet werden, so daß die Ablenkeinrichtung und die axiale Fixier einrichtung gleichzeitig an der Mutternseite befestigt werden.

Claims

1. Kugelumlaufspindel, gekennzeichnet durch:
einen Spindelschaft (1), der an seinem Außenumfang eine spiralförmige Nut (1 a) hat, längs der sich Kugeln (5) ab wälzen,
eine Schraubenmutter (2), die an ihrem inneren Umfang eine spiral förmig verlaufende Nut (2 a) hat, längs der sich die Ku geln (5) abwälzen und die der Nut (1 a) an dem Spindel schaft (1) zugeordnet sind, wobei die Mutter (2) eine axial verlaufende Paßnut (6) auf ihrer Innenumfangsfläche hat, die wenigstens zu einem der offenen Enden der Mutter (2) offen ist, und wobei die Paßnut (6) sich ausgehend von der Bodenseite in Richtung zu dem radial offenen Ende verengt,
eine Ablenkeinrichtung (3), die in die Paßnut (6) in der Mutter (2) passend eingesetzt ist und die eine Form ent sprechend jener der Paßnut (6) hat, wobei die Ablenkein richtung (3) Kugelrücklaufnuten (3 a) auf ihrer Innenfläche hat, um die Kugeln (5), die sich abwälzend zwischen den Nuten (1 a, 2 a) im Spindelschaft und der Mutter (2) bewegt haben, zu dem Zwischenraum zwischen den Ausgangsnuten unter Bildung von endlosen Umlaufkanälen für die Kugeln (5) zurück zuführen, wobei die Kugelrücklaufnuten (3 a), die an der Ab lenkeinrichtung (3) ausgebildet sind, in der Anzahl jener der endlosen Umlaufkanäle entsprechen, und
eine axiale Fixiereinrichtung (4 a, 4 b, 7, 8), die an einem offenen Ende der Mutter (2) zur Fixierung der Ablenkeinrich tung (3) angebracht ist.

2. Kugelumlaufspindel nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die axiale Fixiereinrichtung ein oder zwei Dichtungselemente (4 a) enthält, wobei jeweils eines an dem jeweils offenen Ende der Mutter (2) angebracht ist.

3. Kugelumlaufspindel nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die axiale Fixiereinrichtung einen Sperring (4 b) enthält, der an einem oder an beiden offenen Enden der Mutter (2) angebracht ist.

4. Kugelumlaufspindel nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Ablenkeinrichtung (3) aus einem Kunstharz besteht.

5. Kugelumlaufspindel nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Paßnut (6) an jedem Ende entspre chend dem offenen Ende der Mutter (2) offen ist, und daß die Ablenkeinrichtung (3) an jedem Ende an der axialen Fixier einrichtung (7, 8, 4 a, 4 b) fest mit dem entsprechenden offenen Ende der Mutter (2) verbunden ist.