TWI581901B - 螺桿的研磨方法 - Google Patents

Description

螺桿的研磨方法

本發明係關於一種螺桿的研磨方法。

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，藉由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。

目前所應用的滾珠螺桿的基本元件包括螺桿、螺帽以及多個滾珠。螺桿表面具有螺旋式溝槽，螺帽的內表面亦具有螺旋式內溝槽，能與螺桿間形成滾珠通道，使滾珠容置於其中，並與螺桿、螺帽形成相對滾動的關係，以降低螺桿與螺帽之間相對轉動的摩擦力。

精度較高的螺桿其製程手續繁雜，以研磨製程來說，通常會於螺旋式溝槽進行多次的研磨來提高螺桿的精度。然而，反覆的研磨步驟將使得製程的時間增加。更嚴重的是，當研磨時間增加，也會增加成型砂輪機的磨耗，使得成型砂輪機的使用壽命快速減低。

因此，如何提供一種螺桿的研磨方法，其能減少螺桿的研磨時間又能同時降低成型砂輪機的磨耗，已成為重要課題之一。

有鑑於上述課題，本發明的目的為提供一種能減少螺桿研磨時間又能同時降低成型砂輪機的磨耗的螺桿的研磨方法。

為達上述目的，依據本發明的一種螺桿的研磨方法，用以將具有一預成型螺旋溝槽的一胚料製成具有一螺旋式溝槽的一螺桿，螺桿的研磨方法包括以下步驟：提供一具有多個磨製部的成型砂輪機；將成型砂輪機的該些磨製部抵靠預成型螺旋溝槽的多個弧面；以及藉由該些磨製部同時研磨該些弧面以形成具有螺旋式溝槽的螺桿。

在一實施例中，磨製部的數量為2至4個。

在一實施例中，於研磨步驟中，該些磨製部與該些弧面的干涉量為不相同。

在一實施例中，各磨製部沿胚料的一移動方向上與各弧面的干涉量為遞減。

在一實施例中，位於成型砂輪機沿移動方向上的末端的磨製部的干涉量可為零。

在一實施例中，末端磨製部以外的該些磨製部與該些弧面的干涉量可介於0.01mm至0.1mm。

在一實施例中，螺桿的螺距可介於0.5mm至3mm。

在一實施例中，螺桿的螺距可為1mm。

在一實施例中，該些弧面的角度可由預成型螺旋溝槽的底部向預成型螺旋溝槽的外徑方向延伸之45±25度。

在一實施例中，研磨方法可應用於滾珠螺桿。

綜上所述，本發明的螺桿的研磨方法，藉由同時研磨胚料的預成型螺旋溝槽的多個弧面，可減少螺桿的研磨時間，加速螺桿的製程，並且可降低成型砂輪機的磨耗。

1‧‧‧螺桿

11‧‧‧螺旋狀溝槽

111‧‧‧溝槽弧面

2‧‧‧胚料

21‧‧‧預成型螺旋溝槽

211‧‧‧弧面

211a‧‧‧部分弧面

212‧‧‧底部

213‧‧‧外徑

3‧‧‧成型砂輪機

31、31a、31b、31c‧‧‧磨製部

A‧‧‧方向

B‧‧‧滾珠

B1‧‧‧曲率中心

C‧‧‧頂心

R‧‧‧區域

S01、S02、S03‧‧‧步驟

W1‧‧‧凸起

X‧‧‧長軸方向

Y‧‧‧短軸方向

θ‧‧‧角度

圖1為本發明較佳實施例的螺桿的研磨方法的步驟流程圖。

圖2A為圖1所示的步驟加工的示意圖。

圖2B為圖2A區域R的磨製部與弧面的部分放大圖。

圖3為圖1所示的步驟加工完成所得的螺桿的外觀示意圖。

圖4為步驟S03的操作示意圖。

圖5為螺桿與滾珠的搭配示意圖。

以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例的一種螺桿的研磨方法，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

圖1為依據本發明較佳實施例的螺桿的研磨方法的步驟流程圖，圖2A為圖1所示的步驟加工的示意圖，而圖3為圖1所示的步驟加工完成所得的螺桿的外觀示意圖。請同時參照圖1、圖2A及圖3所示，本實施例的螺桿1係應用於滾珠螺桿(Ball Screw)，較佳是應用於小螺距的滾珠螺桿，例如螺距為0.5mm至1.5mm，其中本實施例是以螺距為1mm為例，但本發明不限於此。

螺桿1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11。於此，螺桿1是由一胚料2製作而成，而胚料2可為金屬塊狀或柱狀材料。在實施上，胚料2可經由輥軋或車刀車削攻牙的方式形成一預成型螺旋溝槽21。舉例來說，若採用輥軋方式將在胚料2上形成預成型螺旋溝槽21，則是將胚料2置於旋轉的以圓滾模式運動的二滾輪(圖未示)之間，以壓力冷擠、輾壓，使二滾輪之間的距離慢慢減少，同時迫使胚料2產生塑性流動，進而形成預成型螺旋溝槽21。此外，胚料2於輥軋後可另外透過表面硬化處理、拋光處理、加熱處理等加工方式以提高螺桿1的精度及強度，本發明在此不作限制。然而，上述輥軋製作預成型螺旋溝槽21的方式僅是舉例，本發明亦不限定預成型螺旋溝槽21的製作方法。

承上，由於預成型螺旋溝槽21的精度不足，尚具有後續需再行研磨的不平整表面以製作成螺桿1。是以，相較於上述對胚料2的輥軋製作的預成型，本發明的螺桿的研磨方法則為對螺旋式溝槽進行精緻的研磨，故可稱為精磨。研磨方法包括以下步驟：提供一具有多個磨製部的成型砂輪機(S01)；將成型砂輪機的該些磨製部同時分別抵靠預成型螺旋溝槽的不同位置的弧面(S02)；以及藉由該些磨製部同時研磨不同位置的弧面以形成具有螺旋式溝槽的螺桿(S03)。

於步驟S01中，成型砂輪機3可為一輪盤狀的砂輪機，且成型砂輪機3具有多個磨製部31，而磨製部31可為2至4個或以上，本實施例是以三個磨製部31為例，然並不以此為限。在本實施例中，各磨製部31可為相互平行的環狀結構，並且彼此間距以相同者為較佳。

於步驟S02中，各磨製部31同時分別抵靠預成型螺旋溝槽 21的相對應的弧面211，其中弧面211為預成型螺旋溝槽21的表面。在本實施例中，胚料2可透過二頂心C夾持來進行研磨。具體而言，各頂心C分別夾持於胚料2長軸方向X的二個端部，以便於研磨過程控制胚料2的移動。於此，胚料2透過頂心C以短軸方向Y移動至成型砂輪機3，並由弧面211抵靠磨製部31，且可沿長軸方向X來進行研磨。此外，成型砂輪機3的磨製部31與胚料2的干涉量可依據欲研磨的溝槽精度需求而定，越高精密度的研磨則磨製部31與胚料2的干涉量以越低者為佳，如此可以較低干涉量的磨製部31對胚料2進行較微幅的研磨，以滿足較高的溝槽精度要求。

接著，於步驟S03中，各磨製部31係同時研磨各磨製部31抵靠的弧面211。在本實施例中，由於三個磨製部31分別抵靠各個弧面211，因此成型砂輪機3可一次研磨預成型螺旋溝槽21的三個弧面211。同樣地，當成型砂輪機3具有四個磨製部31時，即可一次研磨四個弧面211。是以，本實施例藉由三個磨製部31來同時研磨預成型螺旋溝槽21，可節省研磨的時間。傳統上使用單一磨製部對預成型螺旋溝槽進行成型研磨時，為了磨除預成型螺旋溝槽中的預設部份以達到預定精度，需要控制胚料的移動速度，以避免發生胚料移動速度過快而致使研磨後未達預定精度之情況。相較之下，若要求要達到與傳統上使用單一磨製部對預成型螺旋溝槽進行成型研磨的相同研磨精度，則本實施例中每一個磨製部31在單位時間內所需負擔的平均研磨量較低。換句話說，磨製部31愈多，則每一磨製部31在單位時間內須負擔的平均研磨量就越低。舉例而言，如圖2A所示，方向A為胚料2研磨時的移動方向，而成型砂輪機3沿著方向A上的磨製部依序為31a、31b、31c。於本步驟中進行研磨時，可由第一個磨製部31a負責磨除弧面211中預設總研磨量的1/3，接著再由第二個磨製部31b繼續研磨同一弧面211而磨除另外1/3的研磨量，最後由第三個磨製部31c對同一弧面211進行最後研磨而磨除最後1/3的研磨量，以達到預定的研磨精度。因此，在要求於單位時間內要磨除相同研磨量(亦即要在相同時間內達到相同研磨精度)的情形下，原本在單位時間內完全由單一磨製部來負擔的研磨量以及整個研磨過程中所負擔的總研磨量，在本實施例中則平均 由3個磨製部31來負擔，故螺桿1所需的成型研磨時間便可降低；並且因為每一個磨製部31所需負擔的平均總研磨量較由單一磨製部所需負擔者為低，即本實施例之方法對於每一個磨製部31的耗損量也因此而降低，故本實施例可降低成型砂輪機3的耗損，進而可提高成型砂輪機3的使用壽命

另外，各磨製部31與各弧面211的干涉量可不相同。舉例而言，可部分磨製部31具有較大的干涉量，以作較大程度的研磨，而部分的磨製部31具有較小的干涉量，來作較小程度(亦即較為精細)的研磨(即成型研磨)。當然，上述的干涉量也可以是相同，只要是能同時研磨多個弧面211即可。

進一步地，各磨製部31沿胚料2的一移動方向A上與各弧面211的干涉量可為遞減。請同時參考圖2A及圖2B所示，其中圖2B為圖2A區域R的磨製部與弧面的部分放大圖，並且方向A為胚料2研磨時的移動方向，而成型砂輪機3沿著方向A上的磨製部依序為31a、31b、31c。具體而言，磨製部31a與弧面211的干涉量可介於0.03mm至0.1mm，磨製部31b與弧面211的干涉量可介於0.01mm至0.03mm，而磨製部31c與弧面211的干涉量可介於0至0.01mm。如此一來，胚料2的其中一弧面211將經由磨製部31a進行較大程度的研磨。之後，由於胚料2將依移動方向A持續轉動前進，使得此弧面211由磨製部31b繼續進行研磨。此時，若此弧面211仍具有凸出而不平滑的表面時，磨製部31b可進一步地將其磨除，使此弧面211可更為平滑。同樣地，此弧面211轉動前進至磨製部31c進行研磨後，可使弧面211成型而具有與滾珠(圖未示)精密契合的溝槽表面。於此，相較於三個同樣干涉量的磨製部，本實施例藉由三個干涉量依序漸減的磨製部31可在一次的研磨製程中，對胚料2的同一個弧面211依序進行較大程度至較小程度的成型研磨，因此更能藉由較小程度的成型研磨而提高研磨精度。是以，當胚料2經由完整的研磨後，即成為具有螺旋式溝槽11的螺桿1。

請同時參照圖4及圖5，其中圖4為步驟S03的操作示意圖，而圖5為螺桿1與滾珠B的搭配示意圖。進一步而言，於本實施例的研磨步驟中，可僅需研磨預成型螺旋溝槽21的至少部分弧面211a(即圖中所示 的凸起W1)即可達成精磨之效果。所稱部分弧面211a可為以預定經磨除而成形的溝槽弧面111之曲率中心B1為準，由預成型螺旋溝槽21的底部212向預成型螺旋溝槽21的外徑213方向兩邊延伸的45±25度的區域(如圖5所示之角度θ所涵蓋之凸起W1部份)。此外，預成型螺旋溝槽21的底部212可為一凹陷構型，以作為一潤滑溝或油溝使用，例如於日後組配完成時，可容置潤滑液或潤滑油以作為潤滑之用途；此外，此一構型也可於此研磨步驟中，容置研磨液或冷卻液而供其流動，進而帶走於研磨過程中所產生的廢熱，更能有效降低研磨過程中因廢熱累積而導致的熱變形。另外，預成型螺旋溝槽21的底部212的凹陷構型，可例如但不限定為輥軋方式而直接成型。

另外，於預成型螺旋溝槽21中，滾珠B的吃點角度即可為底部212向外徑213兩側方向延伸的45度。而經磨除凸起W1的溝槽弧面111即為滾珠B與螺桿1的螺旋式溝槽11的有效接觸範圍(即為胚料2的底部212向外徑213方向延伸的45±25度之範圍)，且與滾珠B之球面互相契合；而於運動時，可因此而盡量降低滾珠B與螺桿1兩者互相摩擦而產生的震動。因此相較於習知螺桿製程中的精磨程序需完整研磨預成型螺旋溝槽21的整個表面，本實施例可以減少實施上所需耗費的時間，並在一定的精度水準下，快速地製成。

綜上所述，本發明的螺桿的研磨方法，藉由同時研磨胚料的預成型螺旋溝槽的多個弧面，可減少螺桿的研磨時間，加速螺桿的製程。

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。

S01、S02、S03‧‧‧步驟

Claims (5)

1. 一種螺桿的研磨方法，用以將具有一預成型螺旋溝槽的一胚料製成具有一螺旋式溝槽的一螺桿，包括以下步驟：提供一具有三個磨製部的成型砂輪機，其中各磨製部可為相互平行的環狀結構，並且彼此間距相同，而該些磨製部與該預成型螺旋溝槽的弧面的干涉量為不相同，各該些磨製部沿該胚料的一移動方向上與該預成型螺旋溝槽的各弧面的干涉量為遞減，其中第一磨製部與各該些弧面的干涉量介於0.03mm至0.1mm，第二磨製部與各該些弧面的干涉量介於0.01mm至0.03mm，第三磨製部與各該些弧面的干涉量介於0至0.01mm；將該成型砂輪機的該些磨製部同時分別抵靠該預成型螺旋溝槽的不同位置的弧面，其中該些弧面的角度是由該胚料的該預成型螺旋溝槽的底部向該預成型螺旋溝槽的外徑方向延伸之45±25度；以及藉由該些磨製部同時研磨不同位置的弧面以形成具有該螺旋式溝槽的該螺桿。
2. 如申請專利範圍第1項所述的研磨方法，其中位於該成型砂輪機沿該移動方向上的末端的該磨製部的干涉量為零。
3. 如申請專利範圍第1項所述的研磨方法，其中該螺桿的螺距是介於0.5mm至3mm。
4. 如申請專利範圍第3項所述的研磨方法，其中該螺桿的螺距是1mm。
5. 如申請專利範圍第1項所述的研磨方法，其係應用於滾珠螺桿。