TWI495811B - 滾珠螺桿裝置的製造方法及其組件的硏磨加工方法 - Google Patents

Description

滾珠螺桿裝置的製造方法及其組件的研磨加工方法

本發明係關於一種滾珠螺桿裝置及其組件之加工製造方法。

旋轉式的滾珠螺桿為一種廣泛應用在許多機械設備中的裝置，其設置的目的在於提供精密的傳動功能，能達到機械操作中的旋轉運動與直線運動，進而使承載的機台或物件於直線方向上進行作動。

在習知技術之旋轉式的滾珠螺桿中，主要係包括一螺桿、一螺帽、複數滾珠以及二軸承套。螺桿表面係具有螺旋式溝槽，螺帽之內表面亦具有螺旋式內溝槽，能與螺桿間形成一第一滾珠通道。二軸承套皆套設於螺帽的外周緣，而螺帽外表面係具有二外滾珠溝槽，並與二軸承套的內滾珠溝槽分別形成一第二滾珠通道。第一滾珠通道及第二滾珠通道均設置複數滾珠。滾珠能分別輔助螺帽與螺桿，以及軸承套與螺帽的相對轉動，如此，能使旋轉式滾珠螺桿承載的機械組件沿螺桿的軸向直線移動，且還因為旋轉式的滾珠螺桿同時實現了旋轉以及直線移動之運動行為，故提供了螺桿不固定、螺帽固定，或是螺帽不固定、螺桿固定等兩種不同的設置選擇。

然而，不論設置方式為何，滾珠螺桿通常是應用在半導體、機械組裝等需要高精密度及高穩定度的產業，運作過程中稍有晃動都會造 成產品上的缺陷。其中，尤以滾珠在滾珠通道中的運行是否順暢為主要影響因素，但滾珠通道又是由不同組件所組合而成，故每個組件之間必須精準地相互配合，實作上，二個軸承套與螺帽組合後，要能具有無段差之滾珠通道，以維持滾珠運行的順暢度。

因此，軸承套的加工精度更是維持旋轉式滾珠螺桿運行時穩定度的重點。然，目前軸承套的製造方法，係分次各別研磨加工二個軸承套的外表面及內滾珠溝槽，而這會造成二個軸承套組裝時的誤差。例如二個軸承套組裝後的外表面有高低不平整的情形，而與承載的機台或物件組合產生誤差，或是內滾珠溝槽與螺帽的外滾珠溝槽形成段差，進而造成滾珠螺桿運行上的不穩定而有噪音，甚至發生危險。

因此，如何提供一種滾珠螺桿裝置的製造方法及其組件的研磨加工方法，使二個軸承套與螺帽組裝後，軸承套整體的外表面不會有高低不平整的情形，且形成完整無段差之滾珠通道，以確保應用時整體裝置能進行精密及穩定的作動，已成為重要課題之一。

有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種滾珠螺桿裝置的製造方法及其組件的研磨加工方法，提升滾珠螺桿裝置之組件的加工精度，使二個軸承套與螺帽組裝後，軸承套整體的外表面不會有高低不平整的情形，且形成完整無段差之滾珠通道，以確保應用時整體裝置能進行精密及穩定的作動。

為達上述目的，依據本發明之一種滾珠螺桿裝置之組件的研磨加工方法，其組件包括二軸承套以及一環形定位元件，研磨加工方法 包括以下步驟：研磨各軸承套之一內定位凹槽之側壁；研磨環形定位元件之外表面；組裝二軸承套、環形定位元件以及一預壓調整元件，其中環形定位元件係容置於二軸承套之內定位凹槽，外表面係與該些內定位凹槽之側壁抵接，且環形定位元件夾設於二軸承套之間；以及研磨各軸承套的內壁面以形成一內滾珠溝槽。

為達上述目的，本發明更提供一種滾珠螺桿裝置的製造方法，包括以下步驟：分別研磨二軸承套之一內定位凹槽之側壁；研磨一環形定位元件之外表面；組裝二軸承套、環形定位元件以及一預壓調整元件，其中環形定位元件係容置於二軸承套之內定位凹槽，外表面係與該些內定位凹槽之側壁抵接，且環形定位元件夾設於二軸承套之間；研磨各軸承套的內壁面以形成一內滾珠溝槽；套設一螺帽於一螺桿，螺帽與螺桿間形成一第一滾珠通道；以及套設二軸承套於螺帽，螺帽具有二外滾珠溝槽，各外滾珠溝槽與內滾珠溝槽分別形成一第二滾珠通道。

在本發明一較佳實施例中，組裝二軸承套、環形定位元件以及一預壓調整元件後，更包括以下步驟：同時研磨二軸承套之二外表面。

在本發明一較佳實施例中，研磨各軸承套的內壁面時係同時研磨二內壁面。

在本發明一較佳實施例中，研磨各該軸承套的內壁面前，更包括以下步驟：透過裝設該些軸承套其中之一之一端於一治具，固定經組裝之該些組件。

在本發明一較佳實施例中，環形定位元件係以與二軸承套同心之方式容置於該些內定位凹槽內。

承上所述，依據本發明之滾珠螺桿裝置的製造方法及其組件的研磨加工方法，藉由先研磨軸承套之內定位凹槽的側壁以及環形定位元件，並將環形定位元件容置於內定位凹槽中，便可藉由環形定位元件固定二軸承套的相對位置，使得二軸承套得以一個組合組件的形式進行內壁面研磨而形成內滾珠溝槽，甚至進行外表面的研磨。其中，以組合組件的形式進行研磨，可避免習知技術中軸承套分次置放、使用不同治具或分次研磨所產生之誤差，從而導致組裝後表面或連接處有高低參差不齊的情形。以優點來說，本發明所形成之滾珠螺桿裝置可使外表面精度高，與機台或其他物件組合時，能相互緊密的配合，以維持設備運行時的穩定。另外，以組合組件的形式進行研磨，同樣可減少不同軸承套的內滾珠溝槽分次研磨導致之高度誤差的情形，進而減少軸承套與螺帽組裝後，內部組件間形成段差的問題。

除此之外，更可同時研磨二軸承套的外表面，或同時研磨二軸承套的內壁面，進一步地提高內滾珠螺桿裝置的製造加工精度，以提升滾珠螺桿裝置整體的穩定性，並一定程度地縮短生產時程。

1‧‧‧滾珠螺桿裝置

11‧‧‧螺桿

111、123‧‧‧螺旋狀溝槽

12‧‧‧螺帽

121‧‧‧外滾珠溝槽

122‧‧‧通孔

13a、13b‧‧‧軸承套

131a、131b‧‧‧內定位凹槽

132a、132b‧‧‧側壁

133a、133b‧‧‧外表面

134a、134b‧‧‧內壁面

135a、135b‧‧‧內滾珠溝槽

14‧‧‧環形定位元件

141‧‧‧外表面

15‧‧‧預壓調整元件

16‧‧‧滾珠

17‧‧‧防塵件

18‧‧‧端蓋

181‧‧‧迴流路徑

19‧‧‧滾珠保持器

A‧‧‧組合組件

F‧‧‧治具

P‧‧‧傳動連接件

S1‧‧‧螺孔

S2‧‧‧螺絲

S10~S60‧‧‧步驟

圖1為依據本發明一實施例之滾珠螺桿裝置的製造方法的步驟流程圖。

圖2為圖1所示之步驟加工完成所得之滾珠螺桿裝置的分解示意圖。

圖3為圖2所示之滾珠螺桿裝置組合後的剖面示意圖。

圖4A為圖3所示之軸承套、環形定位元件及預壓調整元件的部分放大示意圖。

圖4B為圖4A所示之各組件的分解示意圖。

圖5為依據本發明另一實施例之滾珠螺桿裝置的製造方法的步驟流程圖。

圖6為圖5所示之步驟S34的裝設方式示意圖。

圖7為圖2所示之滾珠螺桿裝置組合後的示意圖。

以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一種滾珠螺桿裝置製造方法及其組件的研磨加工方法，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

圖1為依據本發明一實施例之滾珠螺桿裝置的製造方法的步驟流程圖，圖2為圖1所示之步驟製造完成所得之滾珠螺桿裝置的分解示意圖。請同時參照圖1及圖2所示，滾珠螺桿裝置1係由多個組件組合而成，該些組件主要包括一螺桿11、一螺帽12、二軸承套13a、13b、一環形定位元件14以及一預壓調整元件15。而本實施例之一種滾珠螺桿裝置的製造方法，可包括以下步驟：分別研磨二軸承套之一內定位凹槽之側壁(S10)；研磨一環形定位元件之外表面(S20)；組裝二軸承套、環形定位元件以及一預壓調整元件，其中環形定位元件係容置於二軸承套之內定位凹槽，外表面係與內定位凹槽之側壁抵接，且環形定位元件夾設於二軸承套之間(S30)；研磨各軸承套的內壁面以形成一內滾珠溝槽(S40)；套設一螺帽於一螺桿，螺帽與螺桿間形成一第一滾珠通道(S50)；套設二軸承套於螺帽，螺帽具有二外滾珠溝槽，各外滾珠溝槽與內滾珠溝槽分別形成第二滾珠通道(S60)。

另外，圖3為圖2所示之滾珠螺桿裝置組合後的剖面示意圖，圖4A為圖3所示之軸承套、環形定位元件及預壓調整元件的部分放大示意圖，圖4B為圖4A所示之各組件的分解示意圖，請同時參考圖3至圖4B所示。於步驟S10中，分別研磨二軸承套13a、13b之內定位凹槽131a、131b之側壁132a、132b(如圖4A所示)。於實際操作上，軸承套13a、13b可為金屬材質，於模具中澆鑄成型時，形成軸承套13a、13b的整體構型，再置於車床以形成內定位凹槽131a、131b，但因粗成型後之內定位凹槽131a、131b的側壁132a、132b為粗糙且不平整，故需藉由研磨方法使其平整化。如圖4B所示，待研磨之側壁132a、132b包含內定位凹槽131a、131b的直角壁面。除了研磨側壁132a、132b之外，二軸承套13a、13b的外表面133a、133b亦可先作基本的研磨(或簡稱基磨)，也就是將粗成型後軸承套13a、13b，其外表面133a、133b的毛邊以研磨的方式去除，有助降低公差，之後與環形定位元件14組裝時，更能達到軸承套13a、13b與環形定位元件14同心的效果。需額外說明的是，雖本實施例是以二軸承套13a、13b為不完全相同之規格為例，但在其他實施例中，亦可以使用二完全相同之軸承套，本發明於此不限。又，研磨的方法可以砂輪進行，此為本發明所屬技術領域中具有通常知識者所能理解者，於此不再贅述。

於步驟S20中，研磨環形定位元件14之外表面141，使環形定位元件14的外表面141平整化，而待研磨之外表面141包括環形定位元件14的外周緣及二側面(如圖4B所示)，由於外周緣及側面間形成與內定位凹槽131a、131b之直角壁面相配合之角度，使軸承套13a、13b與環形定位元件14能相互配合。當然，在其他實施例中，亦可以先研磨環形定位 元件，再研磨內定位凹槽，兩者順序無一定關係。另外，本發明亦不排除對環形定位元件14的內周緣進行研磨，以再提升精度。

於步驟S30中，組裝二軸承套13a、13b、環形定位元件14以及預壓調整元件15，如圖4A所示，其中環形定位元件14係容置於二軸承套13a、13b之內定位凹槽131a、131b，外表面141係與內定位凹槽131a、131b之側壁132a、132b抵接，且環形定位元件14夾設於二軸承套13a、13b之間。換言之，二軸承套13a、13b夾設環形定位元件14，且環形定位元件14設置於內定位凹槽131a、131b內。由於經過步驟S10及步驟S20，環形定位元件14的外表面141與內定位凹槽131a、131b之側壁132a、132b已經研磨而平整化，故相互抵接時，能平順無間隙地接合。較佳的，由於環形定位元件14與二軸承套13a、13b之內定位凹槽131a、131b均為環形，故環形定位元件14係以同心之方式容置於內定位凹槽131a、131b內，藉此作為基準，強化定位效果。因為環形定位元件14與軸承套13a、13b之間的相對位置較佳係為同心的關係，此時，環形定位元件14還可以稱之為同心環。

如圖3所示，預壓調整元件15亦夾設於兩軸承套13a、13b之間。軸承套13a、13b與預壓調整元件15較佳係以螺鎖方式相互固定，因此，軸承套13a、13b與預壓調整元件15上可分別具有複數螺孔S1，且各螺孔S1的位置係相互對應。當上述組件依上述位置關係組裝後，再經由螺絲S2將軸承套13a、13b與預壓調整元件15相互鎖固，提供橫向外力，穩定各組件之間的相對位置。預壓調整元件15較佳係以剛性鐵製成，以提供較佳的剛性與韌性，有利於製造過程中控制軸承套13a、13b之間的壓力， 增加滾珠螺桿裝置1整體的運作穩定性。而組裝二軸承套13a、13b、環形定位元件14以及預壓調整元件15後形成一組合組件A(如圖4A所示)，於後段的步驟中，以組合組件A的方式進行研磨或組裝。

圖5為依據本發明另一實施例之滾珠螺桿裝置的製造方法的步驟流程圖，請同時參考圖4A至圖5所示。軸承套13a、13b藉由環形定位元件14相互定位後，更可包括步驟S32，研磨二軸承套13a、13b之外表面133a、133b。研磨外表面133a、133b可以同時或分別進行，但不論同時或分別進行，由於軸承套13a、13b及環形定位元件14等以組合成組合組件A，故在研磨時，不會有基準不同的情況發生，有效地提升研磨加工的精確度。換言之，習知技術的軸承套在分別研磨時，必須研磨完成一個，再放置另一個，或者分別將兩個軸承套放置於不同治具上。明顯地，每次放置作業、不同治具或者不同次的研磨加工都會有誤差產生，加總後足以影響產品良率。本發明因為以組合組件A進行研磨，不會有多次放置或者不同治具的問題，且較佳的，係同時研磨外表面133a、133b，達到高精度的需求。另外，若軸承套13a、13b在組合成組合組件A之前已經先經過基磨，再經由本次精磨(相對於基磨，本次研磨因為組合成組合組件A且公差已經經由基磨減少，故研磨得更為細緻，故有此稱)，可以進一步地提高裝置的整體精度。

而外表面133a、133b包括軸承套13a、13b的外周緣(如圖4B所示)，而研磨軸承套13a、13b的外表面133a、133b可使軸承套13a、13b與機台或其他物件組合時，能相互緊密的配合，當然，如同前述，同時研磨可進一步地避免分次研磨而可能產生之段差，減少誤差的產生，以強 化滾珠螺桿裝置1運行時的穩定。

於步驟S40中，研磨各軸承套13a、13b的內壁面134a、134b，以分別形成一內滾珠溝槽135a、135b，較佳的，係同時研磨二內壁面134a、134b。同樣的，以組合組件A之形式進行研磨，可避免不同放置作業或不同治具可能帶來的誤差，另外，同時研磨還可進一步地避免分次研磨之軸承套13a、13b組合後，內滾珠溝槽135a、135b可能有高度誤差的情形，進而使得軸承套13a、13b與螺帽12組裝後(步驟S60)，組件與組件之間產生段差的情形(參考圖3)。

又需特別說明的是，由於研磨加工時組合組件A所承受的主要是來自於縱向的外力，故相較於習知軸承套之間僅用螺絲水平鎖緊固定而言，以同心方式容置於內定位凹槽131a、131b中的環形定位元件14可提供多的支撐力，避免軸承套之間發生縱向位移，有助於後續研磨加工作業。

圖6為圖5所示之步驟S34的裝設方式示意圖。請同時參考圖5及圖6並搭配圖4A所示，於實際操作上，在研磨各軸承套13a、13b的內壁面134a、134b(步驟S40)前，更包括步驟S34，其係透過裝設軸承套13a、13b其中之一之一端於一治具F，固定經組裝之二軸承套13a、13b、環形定位元件14以及預壓調整元件15，即固定組裝而成的組合組件A。

舉例而言，於步驟S34中，將於步驟S30組裝完成之組合組件A之軸承套13b的一端以治具F固定後，再進入步驟S40。或是將於步驟S32研磨完成之軸承套13b(或軸承套13a)的一端以治具F固定後，再進入步驟S40，利用研磨工具伸入二軸承套13a、13b之內側，並同時研 磨內壁面134a、134b以形成內滾珠溝槽135a、135b。由於二軸承套13a、13b已於步驟S30中藉由環形定位元件14固定二軸承套13a、13b的相對位置，並同時將二軸承套13a、13b放置於同一治具F上，可達到校準的功效，更可提高滾珠螺桿裝置1整體的外表面精度高以及內滾珠溝槽135a、135b的精度。

復參考圖1至圖3，於步驟S50中，套設一螺帽12於一螺桿11，螺帽12與螺桿11間形成一第一滾珠通道。螺桿11係為一圓柱狀桿體，且其外表面具有一沿縱軸連續纏繞的螺旋狀溝槽111。螺帽12為一環狀柱體，其中央具有一通孔122，且螺帽12靠近通孔122之內表面具有螺旋狀溝槽123，其係對應於螺桿11之螺旋狀溝槽111，以形成一第一滾珠通道。第一滾珠通道係為螺桿11與螺帽12之間之迴流通道的主要部分，容置有複數滾珠16(圖2及圖3僅顯示部分之滾珠)，使螺帽12能以螺桿11之軸心為縱軸轉動，以將旋轉運動轉換為直線運動。而需另外說明的是，本發明之滾珠迴流方式不限於外循環式、內循環式或端蓋循環式，在本實施例中，僅係以端蓋循環式為實例代表，然非以此為限。

在本實施例中，如圖2所示，滾珠螺桿裝置1可更具有二防塵件17及二端蓋18，並裝設於螺帽12。端蓋18係更具有一迴流路徑181，其係與第一滾珠通道相連接，而形成一密閉的滾珠循環路徑，組裝後之滾珠螺桿裝置1可參考圖7所示，圖7為圖2所示之滾珠螺桿裝置組合後的示意圖。另外，螺帽12之一外側可組設一傳動連接件P，以接受動力供應。當然，傳動連接件亦可以組接於其他元件上，例如與端蓋組接，本發明在此不限。

另外，於步驟S60中，如圖3所示，套設二軸承套13a、13b於螺帽12，螺帽12具有二外滾珠溝槽121，各外滾珠溝槽121與內滾珠溝槽135a、135b分別形成一第二滾珠通道。外滾珠溝槽121之形成方向是與螺桿11之軸向相互垂直，當然，於其他實施態樣中，外滾珠溝槽121亦可以係相對於螺桿11之軸向傾斜而具有一夾角之方式設置，本發明在此不限。當軸承套13a、13b套設於螺帽12時，內滾珠溝槽135a、135b能與外滾珠溝槽121分別形成第二滾珠通道，以供容置複數滾珠16，使螺帽12能相對於軸承套13a、13b旋轉，如此具有較佳的平衡效果，有利於裝置提升承載力及穩定運作。請同時參考圖2及圖3所示，滾珠螺桿裝置1可更具有一滾珠保持器19，其具有複數孔洞，能輔助固定容置於第二滾珠通道的滾珠16，避免組裝前或拆解時發生滾珠16掉落的情況，更可進一步輔助滾珠16固定位置，以減少不必要的晃動。

另外，本發明更提供一種滾珠螺桿裝置之組件的研磨加工方法，其組件包括二軸承套以及一環形定位元件，研磨加工方法的步驟包括前述滾珠螺桿裝置的製造方法之步驟S10至S40，可參考前述，於此不再贅述。

綜上所述，依據本發明之滾珠螺桿裝置的製造方法及其組件的研磨加工方法，藉由先研磨軸承套之內定位凹槽的側壁以及環形定位元件，並將環形定位元件容置於內定位凹槽中，便可藉由環形定位元件固定二軸承套的相對位置，使得二軸承套得以一個組合組件的形式進行內壁面研磨而形成內滾珠溝槽，甚至進行外表面的研磨。其中，以組合組件的形式進行研磨，可避免習知技術中軸承套分次置放、使用不同治具或分次研 磨所產生之誤差，從而導致組裝後表面或連接處有高低參差不齊的情形。以優點來說，本發明所形成之滾珠螺桿裝置可使外表面精度高，與機台或其他物件組合時，能相互緊密的配合，以維持設備運行時的穩定。另外，以組合組件的形式進行研磨，同樣可減少不同軸承套的內滾珠溝槽分次研磨導致之高度誤差的情形，進而減少軸承套與螺帽組裝後，內部組件間形成段差的問題。

除此之外，更可同時研磨二軸承套的外表面，或同時研磨二軸承套的內壁面，進一步地提高內滾珠螺桿裝置的製造加工精度，以提升滾珠螺桿裝置整體的穩定性，並一定程度地縮短生產時程。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

S10~S60‧‧‧步驟

Claims (10)

1. 一種滾珠螺桿裝置之組件的研磨加工方法，該些組件包括二軸承套以及一環形定位元件，該研磨加工方法包括以下步驟：研磨各該軸承套之一內定位凹槽之側壁；研磨該環形定位元件之外表面；組裝該二軸承套、該環形定位元件以及一預壓調整元件，其中該環形定位元件係容置於該二軸承套之該內定位凹槽，該外表面係與該些內定位凹槽之該側壁抵接，且該環形定位元件夾設於該二軸承套之間；研磨該二軸承套之外表面；以及研磨各該軸承套的內壁面以形成一內滾珠溝槽。
2. 如申請專利範圍第1項所述之研磨加工方法，其中於組裝該二軸承套、該環形定位元件以及一預壓調整元件後，更包括以下步驟：同時研磨該二軸承套之外表面。
3. 如申請專利範圍第1項所述之研磨加工方法，其中研磨各該軸承套的內壁面時係同時研磨該二內壁面。
4. 如申請專利範圍第1項所述之研磨加工方法，其中於研磨各該軸承套的內壁面前，更包括以下步驟：透過裝設該些軸承套其中之一之一端於一治具，固定經組裝之該些組件。
5. 如申請專利範圍第1項所述之研磨加工方法，其中該環形定位元件係以與該二軸承套同心之方式容置於該些內定位凹槽內。
6. 一種滾珠螺桿裝置的製造方法，包括以下步驟： 分別研磨二軸承套之一內定位凹槽之側壁；研磨一環形定位元件之外表面；組裝該二軸承套、該環形定位元件以及一預壓調整元件，其中該環形定位元件係容置於該二軸承套之該內定位凹槽，該外表面係與該些內定位凹槽之該側壁抵接，且該環形定位元件夾設於該二軸承套之間；研磨該二軸承套之外表面；研磨各該軸承套的內壁面以形成一內滾珠溝槽；套設一螺帽於一螺桿，該螺帽與該螺桿間形成一第一滾珠通道；以及套設該二軸承套於該螺帽，該螺帽具有二外滾珠溝槽，各該外滾珠溝槽與該內滾珠溝槽分別形成一第二滾珠通道。
7. 如申請專利範圍第6項所述之製造方法，其中於組裝該二軸承套、該環形定位元件以及一預壓調整元件後，更包括以下步驟：同時研磨該二軸承套之外表面。
8. 如申請專利範圍第6項所述之製造方法，其中研磨各該軸承套的內壁面時係同時研磨該二內壁面。
9. 如申請專利範圍第6項所述之製造方法，其中於研磨各該軸承套的內壁面前，更包括以下步驟：透過裝設該些軸承套其中之一之一端於一治具，固定經組裝之該二軸承套、該環形定位元件以及該預壓調整元件。
10. 如申請專利範圍第6項所述之製造方法，其中該環形定位元件係以與該二軸承套同心之方式容置於該些內定位凹槽內。