TWM575735U - Deep hole ball thread hard turning machining lathe equipment - Google Patents

Abstract

本創作提出一種深孔滾珠螺紋硬式車削加工之車床設備，用於在滾珠螺帽的內孔孔壁切削加工出滾珠螺紋，其主要包含：一加工機基座；一設置在加工機基座上的夾頭機構(C軸與Y軸)，應用夾頭機構夾持及定位住一滾珠螺帽的外徑，並帶動滾珠螺帽轉動同時朝Y軸向直線移動進給；以及一刀具進給機構(X軸)，刀具進給機構具有一移動座，移動座上二端分設有一刀桿固定座，一穿過滾珠螺帽的內孔且不轉動的刀桿，刀桿的二端受各該端的刀桿固定座所固定住，與一結合在刀桿上的切削刀片；藉此，通過加工機基座及夾頭機構使滾珠螺帽在C軸向與Y軸向旋動進給，而切削刀片藉移動座而於X軸向進給，且刀桿二端均固定的構造，能夠達到深孔加工且防止震刀之目的。

Description

深孔滾珠螺紋硬式車削加工之車床設備

本創作係關於一種加工機，尤指一種專用於切削加工出高導程滾珠螺帽內孔中的螺溝的硬式車削加工之車床設備。

為提升產業加工生產效率，現今許多CNC工具機之移動檯座，多由可高速移動的線性馬達來驅動。惟，此線性馬達除了價格高昂以外，其精度之控制，需佐以可精密定位之數位編碼感測器(光學尺、磁性尺)來應用，故線性馬達搭配數位編碼感測器之使用，並非最佳高速移動解決方案。而傳統CNC工具機移動檯座的驅動，多係透由滾珠螺帽與螺桿來控制驅動及精密定位。但滾珠螺帽與螺桿其導程未達2倍甚至3倍時，高速移動的效果又不易達成。所以，2倍與3倍高導程的滾珠螺帽與螺桿乃是CNC工具機發展高速移動所需的關鍵。

滾珠螺帽與螺桿是透過可循環作動的滾珠作為滾動介質，為使滾珠螺帽在螺桿上的運行更為精密與平順，滾珠螺帽內與滾珠所接觸的螺紋珠溝，都會採用熱處理硬化及研磨的工序來提升螺紋珠溝的尺寸精度及幾何精度如圖3所示之研磨工序示意圖，在低導程的滾珠螺帽200研磨加工時，研磨砂輪100還能夠深入滾珠螺帽200。但滾珠螺帽的規格拉到2倍與3倍的高導程規格時，其螺紋珠溝的研磨工序乃無法以傳統的研磨設備來達成，如圖4所揭示之研磨砂輪100，因為輪軸與滾珠螺帽200一端干涉，因此無法以螺紋珠溝的導程角來深入滾珠螺帽200的內孔201來研磨加工。

此外，亦有製造業者採用硬式切削的加工方式來取代研磨工序，使滾珠螺帽加工件先經過粗加工與熱處理硬化之後，直接以CBN(氮化硼)車刀來精密車製螺紋珠溝，其加工方式如圖3及圖4所示，將滾珠螺帽10一端夾設在車牙加工機的夾頭20，另外刀座30固定一刀把40，刀把40前端具有一CBN(氮化硼)刀片50；藉此，控制刀座30移動，將刀把40前端的CBN(氮化硼)刀片50伸入滾珠螺帽10的內孔101，進行螺紋珠溝的切削加工。

但是，不論是傳統的車牙加工機或CNC車牙加工機，其刀把40只有後端固定在刀座，刀把40前端(含刀片50)為懸空狀態，若要加工較長的滾珠螺帽，其刀把40的長度更長，因此刀把40的固定點至刀片50的抗力點過長，容易在切削加工時產生刀把40震動，導致切削表面精度不佳、刀具壽命縮短、尺寸誤差擴大等問題。

此外，上述兩種方式的車牙、鑽孔等加工作業，皆以CNC方式進行，因此在螺母素材裝上加工機上後，必須花很長的時間予以校準，否則會有精確度的問題，又是增加了作業困難度與完成時間。是以，傳統螺母素材的加工方式，具有生產機台成本昂貴、整體加工作業時間較長、精確度欠佳，或耗費很多校準時間等問題。上述習知技術的諸多缺失，應設法予以排除。

本創作之目的在提供一種深孔滾珠螺紋硬式車削加工之車床設備，其通過加工機基座、夾頭機構及刀具進給機構的設計，使深孔的滾珠螺帽被夾持在夾頭機構轉動，而刀具進給機構的刀桿穿過滾珠螺帽的內孔，並將刀桿二端固定成不轉動的狀態，進而使刀桿上的切削刀片對轉動的滾珠螺帽的內孔孔壁進行切削，藉此切削出滾珠螺溝，達到適合深孔加工出滾珠螺溝、提高滾珠螺溝加工精密度、優化滾珠螺溝切削表面、延長刀桿與切削刀片使用壽命等目的。

為了達到上述目的，本創作之深孔滾珠螺紋硬式車削加工之車床設備，係用於在一滾珠螺帽的內孔孔壁切削加工出滾珠螺溝，其包含：一加工機基座；一進行Ｙ軸向進給及C軸向轉動的夾頭機構，該夾頭機構具有一設置在該加工機基座上的工件固定座，一設置在該工件固定座上用於固定住該滾珠螺帽並用於帶動該滾珠螺帽旋轉的轉動單元，及一設置在該工件固定座上用於帶動該轉動單元旋轉的旋轉驅動單元；以及一X軸向的刀具進給機構，該刀具進給機構具有一用於穿過該滾珠螺帽的內孔且不轉動的刀桿，該刀桿為一長條桿體，一結合在該刀桿上用於切削該滾珠螺帽的內孔孔壁以形成該滾珠螺溝的切削刀片，一設置在該加工機基座上用於固定住該刀桿的二端並用於帶動該刀桿移動進給的刀桿固定座，及一用於驅動該刀桿固定座移動進給的第二直線驅動單元。

上述的深孔滾珠螺紋硬式車削加工之車床設備中，該轉動單元為一用於夾在該滾珠螺帽外徑的轉動夾持單元。

上述的深孔滾珠螺紋硬式車削加工之車床設備中，該夾頭機構包含一用於被該旋轉驅動單元帶動並用於帶動該轉動單元的傳動單元。

上述的深孔滾珠螺紋硬式車削加工之車床設備中，該傳動單元包含一用於被該旋轉驅動單元帶動旋轉的主動輪，及一用於被該主動輪帶動旋轉並用於帶動該轉動單元的被動輪。

上述的深孔滾珠螺紋硬式車削加工之車床設備中，該轉動夾持單元為一錐形夾持套筒或多爪夾頭其中之一。

上述的深孔滾珠螺紋硬式車削加工之車床設備中，該夾頭機構包含一用於驅動該工件固定座移動進給的第一直線驅動單元。

上述的深孔滾珠螺紋硬式車削加工之車床設備中，該第一直線驅動單元驅動該工件固定座在一Y軸向往覆移動，該第二直線驅動單元驅動該刀桿固定座在一X軸向往覆移動，該Y軸向與該X軸向為彼此相垂直的方向。

上述的深孔滾珠螺紋硬式車削加工之車床設備中，該刀具進給機構的刀桿固定座包含一刀桿固定座本體，一設置在該刀桿固定座本體上並固定住該刀桿第一端的第一支座，及一設置在該刀桿固定座本體上並固定在該刀桿第二端的第二支座。

上述的深孔滾珠螺紋硬式車削加工之車床設備中，該第二支座包含一設置在該刀桿固定座本體上用於移動的滑座，及一設置在該滑座上用於與該刀桿第二端相連接或分離的刀桿夾具。

本創作深孔滾珠螺紋硬式車削加工之車床設備，能夠達到以下功效：

(一)通過該刀桿固定座固定住該刀桿的二端，並使該刀桿與刀片成為不轉動的構件，而滾珠螺帽成為轉動的狀態，如此能夠穩定住該刀桿的二端，降低刀片切削過程中所生的震動，改善習知切削技術中切削表面精度不佳、刀具壽命縮短與尺寸誤差等問題。

(二)應用錐形夾持套筒或多爪夾頭構成該轉動夾持單元，以實現夾持滾珠螺帽轉動的機制。

(三)該傳動單元的主動輪直接帶動該被動輪，使該被動輪再帶動該轉動夾持單元，能夠滿足重切削時的負荷。

(四)通過該第二支座的滑座及刀桿夾具，使刀桿夾具夾具既能夾住該刀桿的一端，也能與該刀桿的一端分離，藉此能夠裝入待切削的滾珠螺帽到該轉動單元，或將切削加工完成的滾珠螺帽從該轉動單元取下。

茲依附圖實施例將本創作之結構特徵及其他之作用、目的詳細說明如下：

參閱圖5、圖6及圖7所示，本創作深孔滾珠螺紋硬式車削加工之車床設備，其係一種用於在一滾珠螺帽10的內孔101孔壁切削加工出一滾珠螺溝102的硬式車削加工及專用加工車床設備，其較佳的具體實施例包含：一加工機基座1、一夾頭機構2及一刀具進給機構3三個主機構，其中：該加工機基座1較佳的實施為鑄造或鋼板焊接而成的底座，並在其頂面實施有一用於安裝軌道及其他機構的平台11，該平台11較佳的為水平狀態，亦可實施成傾斜狀態，用於在該平台11上設置上述該夾頭機構2、該刀具進給機構3及其他電氣設備等。

該夾頭機構2係用於固定該滾珠螺帽10，並帶動該滾珠螺帽10進行Ｙ軸向進給及C軸向轉動的機構，其較佳的實施有一設置在該加工機基座1的平台11上的工件固定座21，該工件固定座21為內部具有一安裝空間的矩形立座；一設置在該工件固定座21用於夾持住該滾珠螺帽10的轉動單元22，該轉動單元22並用於帶動該滾珠螺帽10旋轉進給；及一設置在該工件固定座21中用於帶動該轉動單元22旋轉的旋轉驅動單元23，該旋轉驅動單元23為電能轉變成機械能的電機；藉此，在進行切削加工時，通過該旋轉驅動單元23帶動該轉動單元22及該滾珠螺帽10轉動。

而該刀具進給機構3係用於伸入該滾珠螺帽10的內孔101，在該內孔101的孔壁切削出滾珠溝槽102的X軸向進給機構，其較佳的實施有一用於穿過該滾珠螺帽10的內孔101而且在進行切削加工時不會轉動的刀桿31，該刀桿31具體的可實施為斷面呈圓形或其他形狀的一長條桿體；一結合在該刀桿31上用於切削該滾珠螺帽10的內孔101孔壁以形成該滾珠螺溝102的切削刀片32，該切削刀片32為現有的產品；一設置在該加工機基座1上用於固定住該刀桿31的二端的刀桿固定座33，該刀桿固定座33並用於帶動該刀桿31及該切削刀片32移動進給；以及一用於驅動該刀桿固定座33移動以進給刀具的第二直線驅動單元34。

本創作之深孔滾珠螺紋硬式車削加工之車床設備，基本上只要通過第二直線驅動單元34帶動該刀桿固定座33，就可能使該刀桿31與切削刀片32進給，在該滾珠螺帽10的內孔101孔壁切削出滾珠螺溝102。但為了靈活適用各尺寸的滾珠螺帽10進行加工，參閱圖6所示，上述該夾頭機構2較佳的再實施有一用於驅動該工件固定座21移動進給工件的第一直線驅動單元24，通過該第一直線驅動單元24與該第二直線驅動單元34的配置，能夠使該第一直線驅動單元24驅動該工件固定座21在一水平的Y軸向往覆移動，達到工件旋轉進給及直線進給的功能。而上述該第二直線驅動單元34則驅動該刀桿固定座33在一水平的X軸向往覆移動，該Y軸向與該X軸向為彼此相垂直的方向，能夠與工件的進給動作配合而進行刀具進給，如此能夠切削加工出該滾珠螺帽10內部的滾珠螺溝102。

本創作硬式車削加工的原理，係使上述該夾頭機構2夾持住該滾珠螺帽10的外徑，並帶動該滾珠螺帽10在C軸向轉動同時朝Ｙ軸向移動進給；而該刀具進給機構3具有一穿過該滾珠螺帽10的內孔且不轉動的刀桿31，使刀桿31的二端分別固定在刀桿固定座33，該刀桿31上結合切削刀片32；藉此，就能以該夾頭機構2帶動該滾珠螺帽10在C軸向轉動與Y軸向移動進給，而該刀桿31固定不轉動僅進行X軸向進給(如圖12及圖13所示)，使該刀桿31上的切削刀片32對該滾珠螺帽10的內孔加工出滾珠螺溝，而由於刀桿31二端固定在刀桿固定座33，因此能夠抑制切削時的震動問題，並達到提高滾珠螺溝加工精密度、優化滾珠螺溝切削表面、延長刀桿與切削刀片使用壽命等效果。

再參閱圖6所示，上述該第一直線驅動單元24與該第二直線驅動單元34較佳的分別實施有二道滾珠滑軌241、341，使二道滾珠滑軌241、341分別固定在該加工機基座1的平台11上；多數個活動設置在各該滾珠滑軌241、341上的滾珠滑塊242、342，使該滾珠滑塊242、342能依上述的Y軸向與X軸向直線滑動；以及一設置在各該二道滾珠滑軌241、341之間的滾珠導螺桿模組243、343，該滾珠導螺桿模組243、343包含有馬達、滾珠導螺桿與滾珠螺帽；藉此，將上述該工件固定座21安裝在該滾珠滑塊242與該滾珠導螺桿模組243上，就能夠驅動該工件固定座21在Y軸向往覆移動進給；而上述該刀桿固定座33則安裝在該滾珠滑塊342與另一組該滾珠導螺桿模組343上，能夠驅動該刀桿固定座33在X軸向往覆移動進給。

參閱圖圖8、圖9與圖10所示，上述該夾頭機構2的轉動單元22具體的可實施為一用於夾在該滾珠螺帽10外徑的轉動夾持單元221，該轉動夾持單元221可為一錐形夾持套筒或多爪夾頭其中之一，用於夾持住該滾珠螺帽10的外徑以進行工件轉動進給。而上述該夾頭機構2的旋轉驅動單元23可為直流馬達，使馬達軸直接帶動上述該轉動單元22，較佳的實施例則實施有一用於被該旋轉驅動單元23帶動並用於帶動該轉動單元的傳動單元25，該傳動單元25較佳的包含一用於被該旋轉驅動單元23帶動旋轉的主動輪251，及一用於被該主動輪251帶動旋轉並用於帶動該轉動單元22的被動輪252，該主動輪251與該被動輪252較佳的為相嚙合的齒輪。其中，該被動輪252的軸心設有一錐孔253，藉此可將一錐形夾持套筒所構成的轉動夾持單元331安裝到該錐孔253，利用該被動輪252另一端的機構拉動該錐形夾持套筒進入該錐孔253，俾利用該錐形夾持套筒夾住該滾珠螺帽10外徑，進而通過該被動輪252帶動該滾珠螺帽10旋轉進給。

再參閱圖5及圖11所示，本創作該刀具進給機構3的刀桿固定座33係用於支撐在該刀桿31二端的機構，防止刀桿31切削時震動，該刀桿固定座較佳的實施有一刀桿固定座本體331，一設置在該刀桿固定座本體331上並固定住該刀桿31第一端的第一支座332，及一設置在該刀桿固定座本體331上並固定在該刀桿31第二端的第二支座333，藉此就能固定該刀桿31二端，達到防止刀桿31切削時震動的功效。為了使上述該刀桿31能夠快速方便地穿過該滾珠螺帽10的內孔101，使該滾珠螺帽10能被夾在上述該轉動夾持單元221上，同時還要能快速恢復該刀桿31二端被固定的構造，本創作選擇該第二支座333實施有一設置在該刀桿固定座本體331上用於移動的滑座3331，及一設置在該滑座3331上用於與該刀桿31的第二端相連接或分離的刀桿夾具3332，該刀桿夾具3332可為現有的多爪夾頭；藉此，如圖7所示，當刀桿夾具3332放開該刀桿31的第二端並向後移動時，即可使該刀桿31的第二端穿過該該滾珠螺帽10的內孔101，使該滾珠螺帽10被夾在上述該轉動夾持單元221上，然後再通過該刀桿夾具3332夾住該刀桿31的第二端。

本創作深孔滾珠螺紋硬式車削加工之車床設備，能夠通過該刀桿固定座33固定住該刀桿31的二端，使該刀桿31與刀片32成為不轉動的構件，而滾珠螺帽10成為轉動進給的狀態，如此就能夠穩定住該刀桿31的二端，降低刀片32切削過程中所生的震動，改善習知切削技術中切削表面精度不佳、刀具壽命縮短與尺寸誤差等問題。又應用上述該錐形夾持套筒或多爪夾頭構成該轉動夾持單元221，能夠實現夾持該滾珠螺帽10而轉動進給的功效。再者，通過該刀桿固定座33的第二支座333的滑座3331及刀桿夾具3332，能使該刀桿夾具3332既能夾住該刀桿31的一端，也能與該刀桿31的一端分離，藉此能夠裝入待切削的滾珠螺帽10到該轉動單元22，亦可將切削加工完成的滾珠螺帽10從該轉動單元22分離取下。

綜上所述，本創作深孔滾珠螺紋硬式車削加工之車床設備，已確具實用性與創作性，其技術手段之運用亦出於新穎無疑，且功效與設計目的誠然符合，已稱合理進步至明。為此，依法提出新型專利申請，惟懇請 鈞局惠予詳審，並賜准專利為禱，至感德便。

10‧‧‧滾珠螺帽

101‧‧‧內孔

102‧‧‧滾珠螺溝

1‧‧‧加工機基座

11‧‧‧平台

2‧‧‧夾頭機構

21‧‧‧工件固定座

22‧‧‧轉動單元

221‧‧‧轉動夾持單元

23‧‧‧旋轉驅動單元

24‧‧‧第一直線驅動單元

241‧‧‧滾珠滑軌

242‧‧‧滾珠滑塊

243‧‧‧滾珠導螺桿模組

25‧‧‧傳動單元

251‧‧‧主動輪

252‧‧‧被動輪

253‧‧‧錐孔

3‧‧‧刀具進給機構

31‧‧‧刀桿

32‧‧‧切削刀片

33‧‧‧刀桿固定座

331‧‧‧刀桿固定座本體

332‧‧‧第一支座

333‧‧‧第二支座

3331‧‧‧滑座

3332‧‧‧刀桿夾具

34‧‧‧第二直線驅動單元

341‧‧‧滾珠滑軌

342‧‧‧滾珠滑塊

343‧‧‧滾珠導螺桿模組

圖1為習知研磨加工低導程滾珠螺帽的滾珠螺溝之示意圖。 圖2為習知研磨加工高導程滾珠螺帽的滾珠螺溝之干涉狀態示意圖。 圖3為習知車牙加工機加工滾珠螺帽的滾珠螺溝之設備示意圖。 圖4為習知車牙加工機加工滾珠螺帽的滾珠螺溝之動作示意圖。 圖5為本創作硬式車削加工之車床設備較佳實施例之立體示意圖。 圖6為本創作硬式車削加工之車床設備較佳實施例之部分分解示意圖。 圖7為本創作夾頭機構與刀具進給機構較佳實施例之前視分解示意圖。 圖8為本創作夾頭機構與刀具進給機構較佳實施例之後視分解示意圖。 圖9為本創作夾頭機構較佳實施例之部分構件分解示意圖。 圖10為本創作硬式車削加工之車床設備較佳實施例之前視剖面示意圖。 圖11為本創作第二支座較佳實施例之前視剖面示意圖。 圖12為本創作刀桿與刀片伸入滾珠螺帽內預備加工之示意圖。 圖13為本創作刀桿與刀片伸入滾珠螺帽內進行滾珠螺溝加工之示意圖。

Claims (9)

1. 一種深孔滾珠螺紋硬式車削加工之車床設備，其用於在一滾珠螺帽的內孔孔壁切削加工出滾珠螺溝，其包含：一加工機基座；一進行Ｙ軸向進給及C軸向轉動的夾頭機構，該夾頭機構具有一設置在該加工機基座上的工件固定座，一設置在該工件固定座上用於固定住該滾珠螺帽並用於帶動該滾珠螺帽旋轉的轉動單元，及一設置在該工件固定座上用於帶動該轉動單元旋轉的旋轉驅動單元；以及一X軸向的刀具進給機構，該刀具進給機構具有一用於穿過該滾珠螺帽的內孔且不轉動的刀桿，該刀桿為一長條桿體，一結合在該刀桿上用於切削該滾珠螺帽的內孔孔壁以形成該滾珠螺溝的切削刀片，一設置在該加工機基座上用於固定住該刀桿的二端並用於帶動該刀桿移動進給的刀桿固定座，及一用於驅動該刀桿固定座移動進給的第二直線驅動單元。
2. 如請求項1所述深孔滾珠螺紋硬式車削加工之車床設備，其中該轉動單元為一用於夾在該滾珠螺帽外徑的轉動夾持單元。
3. 如請求項2所述深孔滾珠螺紋硬式車削加工之車床設備，其中，該轉動夾持單元為一錐形夾持套筒或多爪夾頭中的其中之一。
4. 如請求項1所述深孔滾珠螺紋硬式車削加工之車床設備，其中該夾頭機構包含一用於被該旋轉驅動單元帶動並用於帶動該轉動單元的傳動單元。
5. 如請求項4所述深孔滾珠螺紋硬式車削加工之車床設備，其中該傳動單元包含一用於被該旋轉驅動單元帶動旋轉的主動輪，及一用於被該主動輪帶動旋轉並用於帶動該轉動單元的被動輪。
6. 如請求項1、2或3所述深孔滾珠螺紋硬式車削加工之車床設備，其中該夾頭機構包含一用於驅動該工件固定座移動進給的第一直線驅動單元。
7. 如請求項6所述深孔滾珠螺紋硬式車削加工之車床設備，其中該第一直線驅動單元驅動該工件固定座在一Y軸向往覆移動，該第二直線驅動單元驅動該刀桿固定座在一X軸向往覆移動，該Y軸向與該X軸向為彼此相垂直的方向。
8. 如請求項1、2或3所述深孔滾珠螺紋硬式車削加工之車床設備，其中該刀具進給機構的刀桿固定座包含一刀桿固定座本體，一設置在該刀桿固定座本體上並固定住該刀桿第一端的第一支座，及一設置在該刀桿固定座本體上並固定在該刀桿第二端的第二支座。
9. 如請求項8所述深孔滾珠螺紋硬式車削加工之車床設備，其中該第二支座包含一設置在該刀桿固定座本體上用於移動的滑座，及一設置在該滑座上用於與該刀桿第二端相連接或分離的刀桿夾具。