TW201529230A - 滾珠螺桿用螺桿軸之螺旋槽研磨用砥石及螺旋槽形成方法 - Google Patents

滾珠螺桿用螺桿軸之螺旋槽研磨用砥石及螺旋槽形成方法 Download PDF

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Abstract

於構成滾珠螺桿之螺桿軸之外周面形成螺旋槽之砥石包含：槽範圍研磨部，其對應於滾珠滾動槽；圓弧狀倒角範圍研磨部，其對應於圓弧狀倒角部；及直線倒角範圍研磨部，其對應於直線倒角部。圓弧狀倒角範圍研磨部與槽範圍研磨部之外側平滑地連續，直線倒角範圍研磨部與圓狀倒角範圍研磨部之外側平滑地連續。

Description

滾珠螺桿用螺桿軸之螺旋槽研磨用砥石及螺旋槽形成方法
本發明係關於一種滾珠螺桿用螺桿軸之螺旋槽研磨用砥石及滾珠螺桿用螺桿軸之螺旋槽形成方法。
例如如圖3所示，滾珠螺桿包含螺桿軸1、螺帽2及複數個滾珠3。螺桿軸1係配置成貫通螺帽2。利用螺桿軸1之螺旋槽11及螺帽2之螺旋槽21形成滾珠3之滾動路徑。於該例中，藉由在螺帽2安裝回流管4而形成使滾珠3自滾動路徑之終點返回至起點之滾珠返回路徑41。
滾珠3係配置於包含由螺旋槽11、21形成之滾動路徑及滾珠返回路徑41之循環路徑內。滾珠螺桿係經由在循環路徑循環並於滾動路徑內滾動(於負荷狀態下一面旋轉一面移動)之滾珠3而使螺桿軸1與螺帽2相對移動的裝置。
作為螺桿軸1之螺旋槽11之槽直角剖面形狀，可例示圖4及圖5所示之形狀。
於圖4之例中，於滾珠3滾動之滾珠滾動槽111之外側，於相對較廣之範圍形成有直線倒角部112，其外側成為螺桿軸1之外周面12。於圖5之例中，於滾珠3滾動之滾珠滾動槽111之外側，於較圖4之例窄之範圍形成有直線倒角部112，其外側成為螺桿軸1之外周面12。以下，將圖4所示之槽直角剖面形狀稱為「深槽」，將圖5所示之槽直角剖面形狀稱為「淺槽」。
若將滾珠節圓直徑與螺桿軸之直徑之差於深槽之情形時設為 Ya，於淺槽之情形時設為Yb，則於滾珠3之直徑相同之圖4及圖5之例之情形時，成為Ya<Yb。
於大導程(導程相對於螺桿軸之直徑之比率較大)之滾珠螺桿中，如圖5所示，採用淺槽之槽直角剖面形狀，使滾珠3出入滾珠返回路徑41時之動作較順利，藉此實現作動性之提高。
於如圖4及5所示之槽直角剖面形狀中，有如下問題：伴隨滾珠螺桿之高速旋轉化，滾珠3與螺旋槽11之滾珠滾動槽111和直線倒角部112之交界之邊緣碰撞而容易提前產生剝離。
於專利文獻1中，為了解決該問題，記載有將螺桿軸1之螺旋槽11之槽直角剖面形狀設為圖6所示之形狀之內容。即，於專利文獻1所記載之發明中，將螺桿軸1之螺旋槽11之槽直角剖面形狀設為圓弧狀倒角部(圓弧部)113與滾珠滾動槽111之外側平滑地連續之形狀。又，將圓弧狀倒角部113之曲率半徑設為滾珠3之半徑之1/2以上且2倍以下。
於專利文獻2中，作為於螺桿軸之外周面形成具有圖6所示之槽直角剖面形狀之螺旋槽之方法，記載有如下內容：同時對滾珠滾動槽及圓弧狀倒角部進行加工而使得兩者之間不產生位置偏移。記載有於加工時使用圖7所示之形狀之成形研磨砥石之內容。圖7所示之砥石60係圓弧狀倒角範圍研磨部602與槽範圍研磨部601之外側平滑地連續，且於圓弧狀倒角範圍研磨部602之外側不存在直線倒角範圍研磨部者。
於專利文獻3中，記載有如下內容：於相當於圖6之圓弧狀倒角部113之「自螺桿槽內表面平滑地連續之凸曲面之曲面部分」與外周面12之間，設置直線倒角部(倒角)，並使曲面部分與倒角平滑地連續。
又，於專利文獻3中，記載了發明之目的在於緩和高負荷荷重時之螺桿槽開口緣之應力集中而避免短壽命化，並且謀求防止因螺桿槽 開口緣之毛邊導致異物混入至滾行路徑內，且謀求作業者操作時之安全。
又，於專利文獻3中，記載有使用成形砥石同時加工滾珠滾動槽(螺桿槽內表面)及圓弧狀倒角部(曲面部分)之內容。記載有如下內容：使用與螺桿槽之槽剖面形狀對應之剖面形狀之砥石面和與曲面部分之剖面形狀對應之砥石面連續的一體之砥石作為成形砥石。
進而，於專利文獻3中，關於將圓弧狀倒角部(曲面部分)設為圓弧狀之情形時之曲率半徑，例示有於滾珠直徑為19mm左右之情形時將曲率半徑設為1mm左右之情況。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利3325679號公報
專利文獻2：日本專利特開2001-193815號公報
專利文獻3：日本專利特開2003-207015號公報
如上所述，有於滾珠螺桿中螺桿軸之螺旋槽之槽直角剖面形狀為深槽之情形及為淺槽之情形，因此，即便滾珠直徑相同，每次變更槽直角剖面形狀時亦必須使用不同形狀之砥石。由此，螺桿軸之螺旋槽之加工於生產性方面有改善之餘地。
於專利文獻3中，記載有如下內容：將螺桿軸之螺旋槽之槽直角剖面形狀設為圓弧狀倒角部與滾珠滾動槽之外側平滑地連續且直線倒角部與圓弧狀倒角部之外側平滑地連續的形狀，並同時研磨滾珠滾動槽及圓弧狀倒角部。然而，並未記載同時研磨滾珠滾動槽、圓弧狀倒角部及直線倒角部。
若螺旋槽之槽直角剖面形狀為圓弧狀倒角部與滾珠滾動槽之外 側平滑地連續、且直線倒角部與圓弧狀倒角部之外側平滑地連續的形狀時，以同時研磨滾珠滾動槽及圓弧狀倒角部後研磨直線倒角部之方法，難以使圓弧狀倒角部與直線倒角部平滑地連續。由此，為了使圓弧狀倒角部與直線倒角部平滑地連續，必須利用砂紙等進行後續加工，而生產性降低。
本發明之課題在於，若螺桿軸之螺旋槽之槽直角剖面形狀為圓弧狀倒角部與滾珠滾動槽之外側平滑地連續、且直線倒角部與圓弧狀倒角部之外側平滑地連續的形狀時，提高螺桿軸之螺旋槽之加工之生產性。
為了解決上述問題，本發明之第一態樣係一種砥石，其特徵在於：其係在構成滾珠螺桿之螺桿軸之外周面形成螺旋槽者，上述螺旋槽之槽直角剖面形狀為，圓弧狀倒角部與滾珠滾動槽之外側平滑地連續、且直線倒角部與上述圓弧狀倒角部之外側平滑地連續的形狀，且該砥石具有下述構成(1)。
(1)包含：槽範圍研磨部，其對應於上述滾珠滾動槽；圓弧狀倒角範圍研磨部，其對應於上述圓弧狀倒角部；及直線倒角範圍研磨部，其對應於上述直線倒角部；且上述圓弧狀倒角範圍研磨部與上述槽範圍研磨部之外側平滑地連續，上述直線倒角範圍研磨部與上述圓弧狀倒角範圍研磨部之外側平滑地連續。
根據第一態樣之砥石，可同時研磨平滑地連續之滾珠滾動槽、圓弧狀倒角部、及直線倒角部。
若螺桿軸之螺旋槽之槽直角剖面形狀為圓弧狀倒角部與滾珠滾動槽之外側平滑地連續、且直線倒角部與圓弧狀倒角部之外側平滑地連續的形狀時，於深槽及淺槽中，只要滾珠直徑相同，則成為如下形狀：不僅滾珠滾動槽之尺寸相同，圓弧狀倒角部之尺寸亦相同，且僅 直線倒角部之長度不同。因此，根據第一態樣之砥石，無論於槽直角剖面形狀為深槽之情形或為淺槽之情形時，只要滾珠直徑相同，便可使用相同之砥石來研磨螺桿軸之螺旋槽。
本發明之第二態樣係一種方法，其特徵在於：其係在構成滾珠螺桿之螺桿軸之外周面形成螺旋槽者，上述螺旋槽之槽直角剖面形狀為，圓弧狀倒角部與滾珠滾動槽之外側平滑地連續、且直線倒角部與上述圓弧狀倒角部之外側平滑地連續的形狀，且該方法使用具有上述構成(1)之砥石同時研磨上述滾珠滾動槽、上述圓弧狀倒角部、上述直線倒角部。
根據本發明之滾珠螺桿用螺桿軸之螺旋槽研磨用砥石，可同時研磨平滑地連續之滾珠滾動槽、圓弧狀倒角部、及直線倒角部，並且無論於槽直角剖面形狀為深槽之情形或為淺槽之情形時，只要滾珠直徑相同，便可使用相同之砥石來研磨螺桿軸之螺旋槽。因此，與專利文獻3所記載之砥石相比，螺桿軸之螺旋槽之加工之生產性提高。
根據本發明之滾珠螺桿用螺桿軸之螺旋槽形成方法，藉由同時研磨平滑地連續之滾珠滾動槽、圓弧狀倒角部、及直線倒角部，與於同時加工滾珠滾動槽及圓弧狀倒角部後加工直線倒角部之方法相比，螺桿軸之螺旋槽之加工之生產性提高。
1‧‧‧螺桿軸
2‧‧‧螺帽
3‧‧‧滾珠
4‧‧‧回流管
6‧‧‧砥石
11‧‧‧螺桿軸之螺旋槽
12‧‧‧螺桿軸之外周面
12a‧‧‧深槽之螺桿軸之外周面
12b‧‧‧淺槽之螺桿軸之外周面
21‧‧‧螺帽之螺旋槽
41‧‧‧滾珠返回路徑
60‧‧‧砥石
61‧‧‧槽範圍研磨部
62‧‧‧圓弧狀倒角範圍研磨部
63‧‧‧直線倒角範圍研磨部
111‧‧‧滾珠滾動槽
112‧‧‧直線倒角部
112a‧‧‧深槽之直線倒角部
112b‧‧‧淺槽之直線倒角部
113‧‧‧圓弧狀倒角部
113A‧‧‧線條
113B‧‧‧線條
115‧‧‧交界點
116‧‧‧交點
117‧‧‧交點
601‧‧‧槽範圍研磨部
602‧‧‧圓弧狀倒角範圍研磨部
C‧‧‧中心軸
L‧‧‧延長線
r‧‧‧曲率半徑
R‧‧‧曲率半徑
T‧‧‧尺寸
Wb‧‧‧槽寬
Ya‧‧‧深槽之滾珠節圓直徑與螺桿軸之直徑之差
Yb‧‧‧淺槽之滾珠節圓直徑與螺桿軸之直徑之差
θa‧‧‧角度
θb‧‧‧角度
θc‧‧‧角度
圖1係表示螺桿軸之螺旋槽之槽直角剖面形狀之實施形態的剖面圖。
圖2係表示實施形態之砥石之剖面圖。
圖3係表示滾珠螺桿之一例之剖面圖。
圖4係表示螺桿軸之螺旋槽之槽直角剖面形狀之先前例(深槽)的剖面圖。
圖5係表示螺桿軸之螺旋槽之槽直角剖面形狀之先前例(淺槽)的剖面圖。
圖6係表示螺桿軸之螺旋槽之槽直角剖面形狀之專利文獻1所記載之例的剖面圖。
圖7係表示同時加工滾珠滾動槽及圓弧狀倒角部之砥石之剖面圖。
圖8係說明螺桿軸之螺旋槽之槽直角剖面形狀為專利文獻1所記載之例之情形時之問題點的剖面圖。
以下，對本發明之實施形態進行說明，但本發明並不限定於該實施形態。
於該實施形態中，使用圖2所示之砥石6於螺桿軸1之外周面12形成具有圖1所示之槽直角剖面形狀之螺旋槽11。於圖1中示出深槽之情形及淺槽之情形兩情形時之槽直角剖面形狀。
圖1之槽直角剖面形狀為圓弧狀倒角部113與滾珠滾動槽111之外側平滑地連續且直線倒角部112a、112b與圓弧狀倒角部113之外側平滑地連續的形狀。於滾珠3之直徑相同之情形時，於深槽及淺槽中，不僅滾珠滾動槽111之尺寸相同，圓弧狀倒角部113之尺寸亦相同，且僅直線倒角部112a、112b之長度不同。即，深槽之直線倒角部112a較淺槽之直線倒角部112b長。
深槽之滾珠節圓直徑與螺桿軸之直徑之差Ya小於淺槽之滾珠節圓直徑與螺桿軸之直徑之差Yb。
設定為表示以滾珠3之中心軸C為基準之滾珠滾動槽111之範圍之角度θa、表示圓弧狀倒角部113之範圍之角度θb、及相對於直線倒角部112a、112b之外周面12之角度θc滿足θa=θb+θc。藉此，滾珠滾動槽111與圓弧狀倒角部113、圓弧狀倒角部113與直線倒角部112a、 112b分別平滑地連續。
於本例中，成為θa=60°、θb=25°、θc=35°。圓弧狀倒角部113之曲率半徑r設定為滾珠3之直徑之0.3倍左右。
圖1之符號113B表示曲率半徑超過滾珠3之直徑之一倍之圓弧狀倒角部的線條(參照圖8)。符號115表示滾珠滾動槽111與圓弧狀倒角部113之交界點。
圖2之砥石6包含：槽範圍研磨部61，其對應於滾珠滾動槽111；圓弧狀倒角範圍研磨部62，其對應於圓弧狀倒角部113；及直線倒角範圍研磨部63，其對應於直線倒角部112a、112b。圓弧狀倒角範圍研磨部62與槽範圍研磨部61之外側平滑地連續，直線倒角範圍研磨部63與圓弧狀倒角範圍研磨部62之外側平滑地連續。
即，槽範圍研磨部61之圓弧狀凸面係以與滾珠滾動槽111相同之曲率半徑形成於與滾珠滾動槽111相同之範圍。圓弧狀倒角範圍研磨部62之圓弧狀凹部係以與圓弧狀倒角部113之曲率半徑r相同之曲率半徑R形成於與圓弧狀倒角部113相同之範圍。直線倒角範圍研磨部63係以與相對於直線倒角部112a、112b之外周面12之角度θc相同之角度形成。直線倒角範圍研磨部63之長度略長於深槽之直線倒角部112a之長度。
根據本實施形態之砥石(滾珠螺桿用螺桿軸之螺旋槽研磨用砥石)6，可同時研磨平滑地連續之滾珠滾動槽111、圓弧狀倒角部113、及直線倒角部112a、112b。又，無論於槽直角剖面形狀為僅直線倒角部112a、112b之長度不同之深槽之情形或為淺槽之情形時，均可使用相同之砥石6來研磨螺桿軸之螺旋槽。
於本實施形態之方法(滾珠螺桿用螺桿軸之螺旋槽形成方法)中，使用圖2所示之砥石6同時研磨平滑地連續之滾珠滾動槽111、圓弧狀倒角部113、及直線倒角部112a、112b。藉此，與於使用圖7所示之砥 石60同時加工滾珠滾動槽111及圓弧狀倒角部113後加工直線倒角部112a、112b的方法相比，生產性提高。
於本實施形態中，將圓弧狀倒角部113之曲率半徑設定為滾珠3之直徑之0.3倍左右，因此，於形成淺槽之情形時亦可使槽寬較寬。即便於以高速旋轉(軸徑×旋轉數為7萬~10萬左右)之狀態使用滾珠螺桿之情形時，亦可將滾珠碰撞時之面壓抑制得較低，而可使滾珠3或圓弧狀倒角部113不易提前產生剝離。
作為θa~θc之組合之其他示例，可列舉θa=60°、θb=15°且θc=45°或θa=65°、θb=25°且θc=40°等。
於滾珠螺桿之旋轉速度為低速之情形時，亦可使圓弧狀倒角部113之曲率半徑小於滾珠3之直徑之0.3倍。相反，於滾珠螺桿之旋轉速度為高速之情形或用於要求較高之長期耐久性之用途之情形時，較佳為使圓弧狀倒角部113之曲率半徑大於滾珠3之直徑之0.3倍。
[關於圓弧狀倒角部之曲率半徑]
如上所述，於專利文獻3中，例示有於滾珠直徑為19mm左右之情形時將圓弧狀倒角部之曲率半徑設為1mm左右之情況。即，於該例中，形成圓弧狀倒角部之圓弧之曲率半徑為滾珠直徑之0.05倍左右。專利文獻3中設置圓弧狀倒角部分之目的在於減少接觸面壓之邊緣負載。
於高速旋轉之滾珠螺桿中，若圓弧狀倒角部之曲率半徑r相對於滾珠之直徑D之比(r/D)過小，則滾珠碰撞時之面壓變高，因此有滾珠或圓弧狀倒角部提前產生剝離而導致壽命降低之虞。
[關於圓弧狀倒角部之外側不存在直線倒角部之情形時之問題點]
圖8係對如下情形進行說明之剖面圖，即，螺桿軸之螺旋槽之槽直角剖面形狀為圓弧狀倒角部與滾珠滾動槽之外側平滑地連續且圓弧狀倒角部保持該狀態而到達至螺桿軸之外周面的形狀。
如圖8所示，圓弧狀倒角部113之曲率半徑r之中心存在於將滾珠滾動槽111之圓弧之中心及滾珠滾動槽111與圓弧狀倒角部113之交界點115連結之線之延長線L上。若圓弧狀倒角部113之圓弧為圖8中實線所示之線條113A，則於深槽之情形時，延長至圓弧狀倒角部之線條113A之外側之線條12c較滾珠螺桿軸之外周面12a低尺寸T。因此，線條113A不形成為螺桿槽直角剖面形狀。於淺槽之情形時，槽寬(螺桿軸之外周面12b與圓弧狀倒角部之線條113A之交點117間之距離)Wb成為適當之寬度。即，圖8中實線所示之圓弧狀倒角部之線條113A之曲率半徑於深槽之情形時過小。
若圓弧狀倒角部113之圓弧為圖8中虛線所示之線條113B(圓弧狀倒角部之曲率半徑例如超過滾珠3之直徑之一倍)，則於淺槽之情形時槽寬Wb變窄，而有滾珠3出入滾珠返回路徑時之動作受到阻礙而導致作動不良之虞。尤其，於使用回流管作為滾珠返回路徑形成構件之管式大導程滾珠螺桿中，滾珠3容易碰撞圓弧狀倒角部之線條113B與螺桿槽之外周面12b之交界。因此，於以高速旋轉之狀態使用滾珠螺桿之情形時，有於該交界產生損傷之虞。即，圖8中虛線所示之圓弧狀倒角部之線條113B之曲率半徑於淺槽之情形時過大。
針對該情況，如圖1所示，將螺桿軸之螺旋槽之槽直角剖面形狀設為圓弧狀倒角部113與滾珠滾動槽111之外側平滑地連續且直線倒角部112a、112b與圓弧狀倒角部113之外側平滑地連續的形狀。若設為該形狀，則即便使圓弧狀倒角部113之曲率半徑小至淺槽之槽寬(螺桿軸之外周面12b與圓弧狀倒角部113之交點116間之距離)Wb成為適當寬度之程度(例如與圖8之線條113A相同)，於深槽之情形時螺桿槽直角剖面形狀亦成立。即，即便使圓弧狀倒角部113之曲率半徑較小，藉由將直線倒角部112a延長至螺桿軸之外周面12a，於深槽之情形時螺桿槽直角剖面形狀亦成立。
本發明係基於2013年9月30日提出申請之日本專利申請2013-204876號，其內容以參照之形式併入本文中。
6‧‧‧砥石
61‧‧‧槽範圍研磨部
62‧‧‧圓弧狀倒角範圍研磨部
63‧‧‧直線倒角範圍研磨部
R‧‧‧曲率半徑
θb‧‧‧角度
θc‧‧‧角度

Claims (2)

  1. 一種滾珠螺桿用螺桿軸之螺旋槽研磨用砥石，其特徵在於：其係於構成滾珠螺桿之螺桿軸之外周面形成螺旋槽之砥石，上述螺旋槽之槽直角剖面形狀為，圓弧狀倒角部與滾珠滾動槽之外側平滑地連續、且直線倒角部與上述圓弧狀倒角部之外側平滑地連續的形狀，且該砥石包含：槽範圍研磨部，其對應於上述滾珠滾動槽；圓弧狀倒角範圍研磨部，其對應於上述圓弧狀倒角部；及直線倒角範圍研磨部，其對應於上述直線倒角部；且上述圓弧狀倒角範圍研磨部與上述槽範圍研磨部之外側平滑地連續，上述直線倒角範圍研磨部與上述圓弧狀倒角範圍研磨部之外側平滑地連續。
  2. 一種滾珠螺桿用螺桿軸之螺旋槽形成方法，其特徵在於：其係於構成滾珠螺桿之螺桿軸之外周面形成螺旋槽之方法，上述螺旋槽之槽直角剖面形狀為，圓弧狀倒角部與滾珠滾動槽之外側平滑地連續、且直線倒角部與上述圓弧狀倒角部之外側平滑地連續的形狀，且該螺旋槽形成方法使用砥石同時研磨上述滾珠滾動槽、上述圓弧狀倒角部、上述直線倒角部，該砥石包含：槽範圍研磨部，其對應於上述滾珠滾動槽；圓弧狀倒角範圍研磨部，其對應於上述圓弧狀倒角部；及直線倒角範圍研磨部，其對應於上述直線倒角部；且上述圓弧狀倒角範圍研磨部與上述槽範圍研磨部之外側平滑地連續，上述直線倒角範圍研磨部與上述圓弧狀倒角範圍研磨部之外側平滑地連續。
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