專利名稱：滾珠絲杠螺母及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種形成有螺旋狀的滾珠滾動(dòng)凹槽的滾珠絲杠螺母及其制造方法，多個(gè)滾珠在該螺旋狀的滾珠滾動(dòng)凹槽中滾動(dòng)。
背景技術(shù)：
滾珠絲杠是將滾珠絲杠軸或滾珠絲杠螺母的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為滾珠絲杠螺母或滾珠絲杠軸的軸向直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械構(gòu)件，其通常包括在其外周面上形成有螺旋狀的滾珠滾動(dòng)凹槽的滾珠絲杠軸、在其內(nèi)周面上形成有螺旋狀的滾珠滾動(dòng)凹槽的滾珠絲杠螺母、以及多個(gè)可滾動(dòng)地容納在滾珠滾動(dòng)通道內(nèi)的滾珠，該滾動(dòng)通道是由對(duì)置的螺旋狀的兩個(gè)滾珠滾動(dòng)凹槽形成的。
以往，滾珠絲杠螺母的滾珠滾動(dòng)凹槽一般通過切削和磨削形成在其內(nèi)周面上。即，首先通過鉆孔在坯料中形成預(yù)制孔，并通過使用車削工具在該預(yù)制孔的周向表面上進(jìn)行螺旋狀的滾珠滾動(dòng)凹槽的切削加工。然后，在進(jìn)行諸如滲碳硬化等的熱處理后，用圓柱磨床進(jìn)行外徑部的磨削加工，并最終用磨石進(jìn)行對(duì)切削后的滾珠滾動(dòng)凹槽的表面進(jìn)行磨削加工。
然而，在滾珠滾動(dòng)凹槽由傳統(tǒng)的切削加工和磨削加工形成的滾珠絲杠螺母的情形中存在幾個(gè)問題。例如，在對(duì)較小內(nèi)徑的滾珠絲杠螺母進(jìn)行磨削加工的情形下，不能將磨石插入到預(yù)制孔中，磨削加工不能進(jìn)行。此外，在盡管滾珠絲杠螺母的內(nèi)徑不是很小、但其具有較大導(dǎo)程的情形下，也不可能對(duì)凹槽進(jìn)行磨削加工，這是因?yàn)槟ナ迦朐擃A(yù)制孔的量受到了較大導(dǎo)程角的限制。當(dāng)然，在制造成本上，磨削加工是不利的，因?yàn)樗诼菽付ㄐ牡鹊恼{(diào)節(jié)上需要大量的時(shí)間和勞動(dòng)。
公知的是，圖12所示的滾珠絲杠螺母能解決這些問題。該滾珠絲杠螺母50大致為圓柱形，并在一端處具有凸緣50a，用于將螺母50連接到傳輸機(jī)用機(jī)器等上。在滾珠絲杠螺母50的內(nèi)周面上形成滾珠(未圖示)進(jìn)行滾動(dòng)的滾珠滾動(dòng)凹槽50c，而且在螺母50的外周面上形成光滑的平面部分50b。用于將滾珠滾動(dòng)凹槽50c的一端和另一端連接到起來的未圖示的諸如回管或橋形部件的部件設(shè)置在光滑的平面部分50b上。滾珠滾動(dòng)凹槽50c形成為例如哥特式拱形凹槽等，該拱形凹槽是由兩段圓弧組合而成的，并且所述兩段圓弧具有比滾珠半徑稍大的曲率半徑。
該滾珠絲杠螺母50是根據(jù)圖13示出的步驟制造的。首先，通過車削工具52對(duì)圓柱形坯料51的外周面進(jìn)行切削加工，在坯料51上形成凸緣51a(S1)，并通過鉆具53在坯料51上形成預(yù)制孔51b(S2)。然后，在利用鏜桿工具54將預(yù)制孔51b鏜成規(guī)定直徑(S3)后，使坯料51以100至200rpm的低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并將滾動(dòng)絲錐55插入到預(yù)制孔51b中，以便在坯料51的內(nèi)徑面上形成滾珠滾動(dòng)凹槽51c(S4)。這樣，滾珠滾動(dòng)凹槽51c的表面被拋光。然后，使用端銑刀56在坯料51上進(jìn)行用于使?jié)L珠循環(huán)的回轉(zhuǎn)部分51d的加工。且使用車削工具52對(duì)坯料51的外周面進(jìn)行切削加工，將外周面精加工(S5)。最后，再次使?jié)L動(dòng)絲錐55穿過坯料51的滾珠滾動(dòng)凹槽51c，以去除滾珠滾動(dòng)凹槽51c的毛刺(S6)。
根據(jù)該制造方法，因?yàn)樵跐L壓制造步驟(S4)中，滾珠滾動(dòng)凹槽51c形成在坯料51的內(nèi)周面上，所以可取消現(xiàn)有技術(shù)中的使用磨石磨削滾珠滾動(dòng)凹槽的磨削步驟，從而盡管滾珠絲杠螺母的直徑較小，也可容易地實(shí)現(xiàn)對(duì)滾珠滾動(dòng)凹槽51c的加工。因此，由于可降低滾珠滾動(dòng)凹槽51c的制造成本，減少制造步驟的數(shù)量，從而可縮短交付周期(參見日本特開2000-88072號(hào)公報(bào))。
進(jìn)來，不僅是需要定位精確、運(yùn)行平穩(wěn)且安靜的工作器械和半導(dǎo)體制造裝置的領(lǐng)域，而且在以往無需如此高精度等的、用于傳輸機(jī)器和壓力機(jī)等產(chǎn)生推力的用途上，也開始具有推進(jìn)高速化、限制噪音和振動(dòng)等的傾向。。在用于這些機(jī)器中的傳統(tǒng)滾珠絲杠螺母50中，與滾珠絲杠軸的滾動(dòng)制造加工不同，對(duì)內(nèi)周面的滾珠滾動(dòng)凹槽50c的低溫塑性加工在加工上一些問題。即，因?yàn)閹缀醪荒苤竿锌章菽阁w的材料進(jìn)行軸向塑性流動(dòng)，所以在插入到內(nèi)周面中的滾動(dòng)絲錐55中將產(chǎn)生較大的應(yīng)力，從而將使?jié)L動(dòng)絲錐55斷裂。
為了減小滾珠絲杠螺母材料的塑性變形量，從而防止?jié)L動(dòng)絲錐的斷裂，如果粗絲杠的精度不夠充分的話，就不僅不能期望提高滾珠滾動(dòng)凹槽50c的表面精度，而且還呈現(xiàn)非加工部分并在維持品質(zhì)穩(wěn)定的方面存在問題。因此，由于沒有一種像滾珠絲杠軸那樣簡單地就可形成較高精度的滾珠滾動(dòng)凹槽的制造方法，所以盡管需要較高的成本，但現(xiàn)實(shí)狀況是只能提供其滾珠滾動(dòng)凹槽由磨削加工形成的滾珠絲杠螺母。
而且，如果通過SCM鋼(JIS)形成滾珠絲杠螺母50，而且對(duì)其進(jìn)行滲碳硬化/回火，那么將在表層中產(chǎn)生晶界氧化區(qū)，從而滾珠滾動(dòng)凹槽50c的表面將變脆，且硬度不足，這些加快了滾珠滾動(dòng)凹槽的磨損。此外，進(jìn)入到熱處理前的加工面(擦痕表面或顫紋)中的異物成為使硬度惡化，進(jìn)一步增大晶界氧化區(qū)的主要因素。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種可解決上述現(xiàn)有問題、耐用性優(yōu)異且成本較低的滾珠絲杠螺母，其具有精度相對(duì)較高的滾珠滾動(dòng)凹槽；以及一種簡單而方便地制造這種滾珠絲杠螺母的方法。
實(shí)現(xiàn)該目的的手段為了實(shí)現(xiàn)相關(guān)目的，本發(fā)明采用如下結(jié)構(gòu)提供一種滾珠絲杠螺母，在該滾珠絲杠螺母的內(nèi)周面上形成有滾珠在其中滾動(dòng)的滾珠滾動(dòng)凹槽，其中，所述滾珠滾動(dòng)凹槽由攻螺絲工具產(chǎn)生的切削面形成。
這樣根據(jù)本發(fā)明的滾珠絲杠螺母，因?yàn)闈L珠滾動(dòng)凹槽由攻螺絲工具切削的表面形成，所以能夠以低制造成本提供一種形成有具有較高精度的滾珠滾動(dòng)凹槽的滾珠絲杠螺母。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)樗鰸L珠滾動(dòng)凹槽形成為哥特式拱形形狀，所以可穩(wěn)定地設(shè)置滾珠滾動(dòng)凹槽與滾珠之間的接觸點(diǎn)，從而獲得滾珠的光滑滾動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)樗鰸L珠滾動(dòng)凹槽的表面粗糙度Ra限制為小于或等于1.2微米，所以即使在高速轉(zhuǎn)動(dòng)下也可抑制噪音和振動(dòng)的產(chǎn)生。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)樵谒鰸L珠滾動(dòng)凹槽的表面，在54至64HRC范圍內(nèi)形成有硬化層，所以可提高滾動(dòng)疲勞壽命而具有足夠的耐用性。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于制造滾珠絲杠螺母的方法，在該滾珠絲杠螺母的內(nèi)周面上形成有滾珠在其中滾動(dòng)的滾珠滾動(dòng)凹槽，所述方法包括通過鉆孔加工在坯料的中心形成預(yù)定內(nèi)周面的步驟、通過將攻螺絲工具導(dǎo)入到所述內(nèi)周面而對(duì)滾珠滾動(dòng)凹槽進(jìn)行切削加工的步驟、以及對(duì)滾珠滾動(dòng)凹槽表面的進(jìn)行淬火的熱處理步驟。
通過采用本發(fā)明的制造方法，可以以低成本形成具有精度相對(duì)較高的滾珠滾動(dòng)凹槽的滾珠絲杠螺母并且可以提供具有足夠耐用性的滾珠絲杠螺母。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)樗鰸L珠滾動(dòng)凹槽是由在NC控制下進(jìn)行的切削加工形成的，且該NC控制基于對(duì)所述滾珠絲杠螺母和攻螺絲工具的相位進(jìn)行探測獲得的信息，從而通過攻螺絲工具的一次進(jìn)刀就能有效形成滾珠滾動(dòng)凹槽，從而以低制造成本和高精度實(shí)現(xiàn)凹槽加工。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)樗龉ヂ萁z工具的末端部形成為引導(dǎo)通過所述內(nèi)周面的柱形結(jié)構(gòu)，所以可容易地將攻螺絲工具定心，并進(jìn)行高精度切削加工。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種滾珠絲杠螺母，在該滾珠絲杠螺母的內(nèi)周面上形成有滾珠在其中滾動(dòng)的滾珠滾動(dòng)凹槽，所述滾珠滾動(dòng)凹槽通過噴丸處理形成有硬化層。
根據(jù)本發(fā)明的該滾珠絲杠螺母，因?yàn)闈L珠滾動(dòng)凹槽通過噴丸處理形成有硬化層，所以可改善滾珠滾動(dòng)凹槽的表面粗糙度，并增加凹槽表面的殘余壓應(yīng)力，也可以提供這樣的滾珠絲杠螺母，其設(shè)有以低制造成本的精度相對(duì)較高的滾珠滾動(dòng)凹槽、且具有高耐用性。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)樗鰸L珠滾動(dòng)凹槽的表面粗糙度Ra限制為小于或等于1.0微米，所以即使在高速轉(zhuǎn)動(dòng)下也能抑制噪音和振動(dòng)的產(chǎn)生。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)樗鰸L珠滾動(dòng)凹槽的表面硬度設(shè)定在Hv700至900的范圍內(nèi)，所以可獲得充分的抗磨損性和耐用性。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)樗鰸L珠滾動(dòng)凹槽的表面具有-500至-1500MPa范圍內(nèi)的殘余壓應(yīng)力，所以可進(jìn)一步提高耐用性。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于制造滾珠絲杠螺母的方法，在該滾珠絲杠螺母的內(nèi)周面上形成有滾珠在其中滾動(dòng)的滾珠滾動(dòng)凹槽，在滾珠絲杠螺母的熱處理之前和/或之后進(jìn)行噴丸處理，所以可以提供這樣的滾珠絲杠螺母，其具有低成本下的較高精度的滾珠滾動(dòng)凹槽并具有適合于應(yīng)用條件的耐用性規(guī)格。
根據(jù)本發(fā)明的該方法，因?yàn)樵摲椒ㄟ€包括通過鉆孔加工在坯料的中心形成預(yù)定內(nèi)周面的步驟、以及通過將攻螺絲工具導(dǎo)入到內(nèi)周面而對(duì)滾珠滾動(dòng)凹槽進(jìn)行切削加工的步驟，所以通過一次進(jìn)刀就能對(duì)滾珠滾動(dòng)凹槽進(jìn)行有效的切削加工，從而實(shí)現(xiàn)了低制造成本下的高精度的凹槽加工。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)槭褂妙w粒直徑為40至60微米的碳化硅珠進(jìn)行噴丸處理，所以可改善滾珠滾動(dòng)凹槽的表面粗糙度、擦痕表面或顫紋等，并可提高表面硬度以及殘余壓應(yīng)力。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)槭褂妙w粒直徑為40至60微米的鋼珠進(jìn)行噴丸處理，可提供具有足夠抗磨損性和耐用性的滾珠絲杠螺母。
發(fā)明效果本發(fā)明的滾珠絲杠螺母，在內(nèi)周面上形成有滾珠在其中滾動(dòng)的滾珠滾動(dòng)凹槽，因?yàn)闈L珠滾動(dòng)凹槽由攻螺絲加工的切削表面所形成，所以可以提供這樣的滾珠絲杠螺母，即具有足夠耐用性，且低制造成本下精度相對(duì)較高的滾珠滾動(dòng)凹槽。
而且，根據(jù)本發(fā)明的滾珠絲杠螺母的制造方法，在內(nèi)周面上形成有滾珠在其中滾動(dòng)的滾珠滾動(dòng)凹槽的滾珠絲杠螺母的方法中，因?yàn)樵摲椒òㄔ谂髁现行耐ㄟ^鉆孔加工預(yù)定內(nèi)周面的步驟、通過將攻螺絲工具導(dǎo)入到所述內(nèi)周面而對(duì)滾珠滾動(dòng)凹槽進(jìn)行切削加工的步驟、以及熱處理以對(duì)滾珠滾動(dòng)凹槽表面進(jìn)行淬火的步驟，所以在低制造成本下能夠形成具有精度相對(duì)較高的滾珠滾動(dòng)凹槽的滾珠絲杠螺母，并且，能夠提供具有足夠耐用性的滾珠絲杠螺母。
根據(jù)本發(fā)明的滾珠絲杠螺母，在內(nèi)周面上形成有滾珠在其中滾動(dòng)的滾珠滾動(dòng)凹槽的滾珠絲杠螺母中，因?yàn)樵谒鰸L珠滾動(dòng)凹槽通過噴丸處理而形成有硬化層，所以可改善滾珠滾動(dòng)凹槽的表面粗糙度，并增加凹槽表面的殘余壓應(yīng)力。因此還可提供這樣的滾珠絲杠螺母，即足夠耐用性，且在低制造成本下具有精度相對(duì)較高的滾珠滾動(dòng)凹槽的滾珠絲杠螺母。
此外，根據(jù)本發(fā)明的滾珠絲杠螺母的制造方法，在內(nèi)周面上形成有滾珠在其中滾動(dòng)的滾珠滾動(dòng)凹槽的滾珠絲杠螺母的方法中，因?yàn)樵跐L珠絲杠螺母的熱處理之前和/或之后進(jìn)行噴丸處理，所以可提供這樣的滾珠絲杠螺母，即以低成本具有較高精度的滾珠滾動(dòng)凹槽、且具有適于應(yīng)用條件的耐用性的規(guī)格的滾珠絲杠。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選方式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選方式為一種用于制造滾珠絲杠螺母的方法，在該滾珠絲杠螺母的內(nèi)周面上形成有滾珠在其中滾動(dòng)的滾珠滾動(dòng)凹槽，該方法包括在坯料的中心通過鉆孔加工預(yù)定內(nèi)周面的步驟、通過將攻螺絲工具導(dǎo)入到所述內(nèi)周面而對(duì)滾珠滾動(dòng)凹槽進(jìn)行切削加工的步驟、以及對(duì)滲碳硬化滾珠滾動(dòng)凹槽表面進(jìn)行淬火的熱處理的步驟。


本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和特征將從結(jié)合附圖的以下描述和所附權(quán)利要求中變得明了，在這些附圖中圖1是本發(fā)明的滾珠絲杠螺母的一個(gè)實(shí)施例的縱向剖視圖；圖2是表示用于制造本發(fā)明的滾珠絲杠螺母的步驟的說明圖；圖3是用于執(zhí)行本發(fā)明的滾珠絲杠螺母的制造方法的車削加工中心的示意圖；圖4是用于加工本發(fā)明的滾珠絲杠螺母的攻螺絲工具的平面圖；圖5是表示本發(fā)明的滾珠絲杠螺母的滾珠滾動(dòng)凹槽的表面粗糙度的數(shù)據(jù)；圖6是表示結(jié)合有本發(fā)明的滾珠絲杠螺母的滾珠絲杠的壽命測試結(jié)果的圖；圖7是表示用于制造本發(fā)明的滾珠絲杠螺母的其它步驟的說明圖；
圖8是表示本發(fā)明的滾珠絲杠螺母的滾珠滾動(dòng)凹槽的表面硬度的數(shù)據(jù)；圖9是表示結(jié)合有本發(fā)明的滾珠絲杠螺母的滾珠絲杠的壽命測試結(jié)果的圖；圖10是表示用于制造本發(fā)明的滾珠絲杠螺母的其它步驟的說明圖；圖11是表示結(jié)合有本發(fā)明的滾珠絲杠螺母的滾珠絲杠的壽命測試結(jié)果的圖；圖12是現(xiàn)有的滾珠絲杠螺母的縱向剖視圖；以及圖13是表示用于制造現(xiàn)有的滾珠絲杠螺母的方法的說明圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1下面將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1是本發(fā)明的滾珠絲杠螺母1的一個(gè)實(shí)施例的縱向剖視圖。
該滾珠絲杠螺母1由表面硬化的鋼如SCM415或SCM420等制成，并外嵌在滾珠絲杠軸3上，形成在內(nèi)周面1a上的螺旋狀的滾珠滾動(dòng)凹槽2布置成與地面對(duì)形成在滾珠絲杠軸3外周面3a上的滾珠滾動(dòng)凹槽4相對(duì)應(yīng)，以便在滾珠滾動(dòng)凹槽2和4之間可滾動(dòng)地容納多個(gè)的滾珠7，該滾珠滾動(dòng)凹槽2是通過用攻螺絲工具9(以下將更加詳細(xì)描述)切削加工而形成的。通過這些滾珠滾動(dòng)凹槽2和4形成滾珠滾動(dòng)通道，并通過形成有連結(jié)凹槽5的橋形構(gòu)件6，多個(gè)的滾珠7可不停地循環(huán)，該連接凹槽5連接滾珠絲杠螺母1的滾珠滾動(dòng)凹槽2。此外，滾珠循環(huán)方式不限于在此例示的橋形構(gòu)件的型式，還可以采用回管型式或端蓋型式。
圖2表示用于制造本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的滾珠絲杠螺母1的步驟。首先，通過在柱形坯料的中心處鉆孔而形成預(yù)定的內(nèi)周表面(P1)。使用車削工具對(duì)坯料的內(nèi)外表面進(jìn)行精加工(P2)。然后，如圖3所示，滾珠絲杠螺母1和攻螺絲工具9被分別安裝到車削加工中心8的卡盤8a以及尾架(未示出)上，然后將攻螺絲工具9插入到滾珠絲杠螺母1的內(nèi)周面1a中，以通過使?jié)L珠絲杠螺母1和攻螺絲工具9旋轉(zhuǎn)而對(duì)內(nèi)周面1a進(jìn)行切削加工，且NC控制滾珠絲杠螺母1和攻螺絲工具9的相位(P3)。從而，通過一次走刀加工就能有效地對(duì)滾珠滾動(dòng)凹槽2進(jìn)行切削加工，從而能夠以較低成本實(shí)現(xiàn)凹槽的高精度加工。
如圖4所示，攻螺絲工具9在其末端具有柱形部分9a，以在內(nèi)周面1a引導(dǎo)下定心。切削齒部分9b設(shè)置成從柱形部分9a的向后直徑逐漸增加，該切削齒部分9b之后為柄部9c，且安裝在尾架上的矩形的卡緊部9d設(shè)置在攻螺絲工具9的后端部，從而使攻螺絲工具9?？赏ㄟ^該攻螺絲工具9的切削齒部9b的旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行切削加工，從而滾珠滾動(dòng)凹槽2形成在滾珠絲杠螺母1的內(nèi)周面1a上。此處，攻螺絲工具9的切削齒部9b形成為哥特式拱形凹槽，該哥特式拱形凹槽由兩段弧形的組合構(gòu)成，而每段弧形的曲率半徑稍大于每個(gè)滾珠7的半徑，因此，通過攻螺絲工具9的一次進(jìn)刀，就能有效地將滾珠絲杠螺母1的內(nèi)周面1a切削加工成所需的凹槽結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，滾珠滾動(dòng)凹槽2除了是例中示出的哥特式拱形形狀以外，還可形成為與滾珠7圓形接觸的圓弧狀的形狀。
在攻螺絲加工之后，滾珠絲杠螺母1的表面形成有滲碳硬化為54至64HRC的硬化層(P4)。盡管示出了作為熱處理一個(gè)示例的滲碳硬化，但可采用其它的熱處理，如調(diào)質(zhì)處理或感應(yīng)淬火、或在采用SUJ2等的高碳鉻鋼作為坯料時(shí)的整體淬火。
圖5是表示本發(fā)明的滾珠絲杠螺母1的滾珠滾動(dòng)凹槽2表面粗糙度的數(shù)據(jù)的圖。如圖5所示，根據(jù)本發(fā)明形成的滾珠滾動(dòng)凹槽2的表面粗糙度Ra顯示出最大粗糙度為1.2微米，而平均表面粗糙度小于或等于1.0微米。盡管這些值不如通過磨削獲得的凹槽表面的粗糙度值理想，但它們優(yōu)于通過滾壓成形加工所獲得的表面粗糙度Ra1.5至2.0微米。因此，根據(jù)本發(fā)明，可抑制滾珠絲杠在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生噪音或振動(dòng)。
圖6表示結(jié)合有本發(fā)明的滾珠絲杠螺母1的滾珠絲杠的壽命測試結(jié)果。樣品的規(guī)格為軸直徑＝14.5毫米；導(dǎo)程＝4毫米；滾珠直徑＝2.778毫米；循環(huán)數(shù)＝1卷/4列；循環(huán)方式為橋型。測試條件為加載方法為通過彈簧預(yù)載雙螺母的恒定預(yù)載；潤滑為VG68號(hào)油；旋轉(zhuǎn)數(shù)＝2000rpm；行程＝60毫米，且載荷＝2648牛頓。
圖6是表示從測試開始到實(shí)際壽命結(jié)束時(shí)測試持續(xù)時(shí)間的圖，其中，在具有由磨削加工形成的滾珠滾動(dòng)凹槽的滾珠絲杠的基礎(chǔ)上，將相對(duì)于目錄標(biāo)明的基本額定動(dòng)載荷的計(jì)算上的L10壽命時(shí)間設(shè)置為“100”。如圖6中的圖所示，具有根據(jù)本發(fā)明由攻螺絲工具9形成的滾珠滾動(dòng)凹槽2的滾珠絲杠螺母1，由于本發(fā)明的“L10比”顯示出比由現(xiàn)有技術(shù)的滾壓成形所形成的滾珠絲杠(對(duì)比示例1至4)長兩倍多的壽命，因此具有足夠的耐用性。
實(shí)施例2圖7是表示制造本發(fā)明的滾珠絲杠螺母的其它步驟的說明圖。因?yàn)楸局圃旃ば蚧九c所述的制造步驟P1至P4，即從鉆孔形成內(nèi)周面的步驟P1到熱處理的步驟P4相同，所以這里將省略對(duì)這些步驟的重復(fù)描述。將參考以上描述的滾珠絲杠螺母(圖1)作出以下描述。
在熱處理步驟(P4)之后，對(duì)圖1的滾珠絲杠螺母1的滾珠滾動(dòng)凹槽2進(jìn)行噴丸處理(P5)。在本實(shí)施例中，通過使用具有較高比重和硬度的鋼珠在以下條件下進(jìn)行噴丸處理顆粒直徑為40至60微米，噴丸壓力為0.4MPa，且處理時(shí)間為60秒。噴丸處理使得能去除由于熱處理而產(chǎn)生的氧化層，以改善表面粗糙度，并提高表面硬度和凹槽表面的殘余壓應(yīng)力。除鋼珠以外還可采用陶瓷珠或玻璃珠進(jìn)行噴丸處理。
噴丸處理之后的表面粗糙度Ra對(duì)比噴丸的平均值由處理之前Ra為1.05微米改善到Ra為0.89微米，因此即使在較高轉(zhuǎn)速下也抑制了滾珠絲杠噪音或振動(dòng)的產(chǎn)生。如圖8所示，沒有經(jīng)過噴丸處理的產(chǎn)品的表面硬度在從它們的表面到25微米的深度范圍內(nèi)較低，并且在它們的表面上可發(fā)現(xiàn)晶界氧化層。另一方面，能夠看到噴丸處理后的產(chǎn)品增加了表面硬度，而且在其表面上沒有發(fā)現(xiàn)晶界氧化層。表面硬度是在與滾珠7接觸的滾珠滾動(dòng)凹槽2的區(qū)域附近從產(chǎn)品表面0至300微米的深度范圍內(nèi)測量的。
圖9表示結(jié)合有本發(fā)明的滾珠絲杠螺母1的滾珠絲杠的壽命測試結(jié)果。樣品的規(guī)格為軸直徑＝14毫米；導(dǎo)程＝4毫米；滾珠直徑＝2.381毫米；循環(huán)數(shù)＝1卷/4列；且循環(huán)方式為橋型。測試條件為加載方法為通過彈簧預(yù)載雙螺母的恒定預(yù)載；潤滑為VG68號(hào)油；旋轉(zhuǎn)數(shù)＝2000rpm；行程＝60毫米，以及載荷＝2400牛頓。
圖9是表示直到當(dāng)向滾珠絲杠螺母施加推力負(fù)荷時(shí)在該滾珠絲杠螺母中產(chǎn)生剝離的旋轉(zhuǎn)總數(shù)與計(jì)算旋轉(zhuǎn)總數(shù)(L10壽命)的比。從該圖中可以看到，經(jīng)過噴丸處理的產(chǎn)品相比于沒有噴丸處理的產(chǎn)品(比較例1至3)顯示出2至3倍的壽命，從而噴丸處理的產(chǎn)品具有足夠的耐用性。
優(yōu)選地通過噴丸處理將表面硬度設(shè)定在Hv700至900的范圍內(nèi)，這是因?yàn)槿绻砻嬗捕刃∮诨虻扔贖v700，就不會(huì)延長壽命，相反，如果表面硬度大于Hv900則會(huì)降低韌性。此外，表面處的殘余壓應(yīng)力優(yōu)選在-500至-1500MPa的范圍內(nèi)，這是因?yàn)闅堄鄩簯?yīng)力如果小于-500MPa就不會(huì)充分延長滾珠絲杠螺母的壽命，相反，如果殘余壓應(yīng)力大于-1500MPa，則應(yīng)力就不會(huì)與處理時(shí)間成比例地增加，從而會(huì)處理時(shí)間變長，增加生產(chǎn)成本。
實(shí)施例3圖10表示制造本發(fā)明的滾珠絲杠螺母1的制造步驟的其它實(shí)施例。本制造方法在步驟P1至P3(從坯料的鉆孔加工步驟P1到用攻螺絲工具9的滾珠滾動(dòng)凹槽2的切削加工步驟P3)中與前面所述的實(shí)施例相同，所以這里將省略對(duì)這些步驟的重復(fù)描述。在本實(shí)施例中，滾珠滾動(dòng)凹槽2的噴丸處理(P5)是在滾珠滾動(dòng)凹槽2的切削加工之后即在熱處理(P4)之前進(jìn)行的。在本實(shí)施例中，噴丸處理是使用碳化硅珠在以下條件下進(jìn)行的顆粒尺寸為40至60微米，噴丸壓力為0.4MPa且處理時(shí)間為20秒。這是因?yàn)?，工件用原材料，如果采用鋼珠工件?huì)產(chǎn)生較大的塑性變形從而破壞凹槽的結(jié)構(gòu)，而碳化硅珠不會(huì)引起工件的塑性變形且適于細(xì)化超近表面(從表面2至3微米的區(qū)域)的金相結(jié)構(gòu)，并適于去除噴丸處理產(chǎn)生的雜質(zhì)。因此，可改善滾珠滾動(dòng)凹槽2的表面粗糙度、擦痕表面或顫紋，并可增加表面硬度以及表面的殘余壓應(yīng)力。
圖11表示結(jié)合有本發(fā)明的滾珠絲杠螺母1的滾珠絲杠的壽命測試結(jié)果。樣品的規(guī)格和測試條件與參考以上實(shí)施例描述的規(guī)格和測試條件相同。如可從圖11看到的那樣，經(jīng)過噴丸處理的產(chǎn)品相比于沒有噴丸處理的產(chǎn)品(比較例1至3)顯示出1.5至2倍的壽命，從而噴丸處理的產(chǎn)品具有足夠的耐用性。
在本實(shí)施例中，因?yàn)閲娡杼幚?P5)是在切削加工(P3)之后且在熱處理(P4)之前進(jìn)行的，所以當(dāng)然不能通過熱處理除去晶界氧化區(qū)。然而，可以理解，通過增加表面硬度以及殘余壓應(yīng)力并改善表面粗糙度，特別是通過改善滾珠滾動(dòng)凹槽2與滾珠7之間的接觸條件(通過使突起狀的切削表面光滑來實(shí)現(xiàn))可延長滾珠絲杠螺母1的壽命。當(dāng)然在惡劣條件下使用滾珠絲杠時(shí)，可在熱處理之前和之后都進(jìn)行噴丸處理以進(jìn)一步提高抗磨損性和耐用性。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的滾珠絲杠螺母可尤其應(yīng)用到車輛的自動(dòng)變速器、電動(dòng)制動(dòng)器、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向、發(fā)動(dòng)機(jī)氣門控制致動(dòng)器，還可應(yīng)用到電動(dòng)減震器以及用于控制CVT滑輪寬度的致動(dòng)器。
權(quán)利要求
1.一種滾珠絲杠螺母，在該滾珠絲杠螺母的內(nèi)周面上形成有滾珠在其中滾動(dòng)的滾珠滾動(dòng)凹槽，該滾珠絲杠螺母的特征在于，所述滾珠滾動(dòng)凹槽由攻螺絲加工產(chǎn)生的切削面形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾珠絲杠螺母，其特征在于，所述滾珠滾動(dòng)凹槽形成為橫截面為哥特式拱形形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的滾珠絲杠螺母，其特征在于，所述滾珠滾動(dòng)凹槽的表面粗糙度Ra限制為小于或等于1.2微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的滾珠絲杠螺母，其特征在于，所述滾珠滾動(dòng)凹槽的表面形成有54至64HRC范圍內(nèi)的硬化層。
5.一種用于制造滾珠絲杠螺母的方法，在該滾珠絲杠螺母的內(nèi)周面上形成有滾珠在其中滾動(dòng)的滾珠滾動(dòng)凹槽，該方法的特征在于，所述方法包括在坯料的中心通過鉆孔加工預(yù)定內(nèi)周面的步驟、通過將攻螺絲工具導(dǎo)入到所述內(nèi)周面而對(duì)滾珠滾動(dòng)凹槽進(jìn)行切削加工的步驟、以及對(duì)滾珠滾動(dòng)凹槽表面進(jìn)行淬火的熱處理的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述滾珠滾動(dòng)凹槽是由在NC控制下進(jìn)行的切削加工形成的，且該NC控制基于對(duì)所述滾珠絲杠螺母和攻螺絲工具的相位進(jìn)行探測所獲得的信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述攻螺絲工具的末端部形成為引導(dǎo)通過所述內(nèi)周面的柱形結(jié)構(gòu)。
8.一種滾珠絲杠螺母，在該滾珠絲杠螺母的內(nèi)周面上形成有滾珠在其中滾動(dòng)的滾珠滾動(dòng)凹槽，該滾珠絲杠螺母的特征在于，在所述滾珠滾動(dòng)凹槽通過噴丸處理而形成有硬化層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的滾珠絲杠螺母，其特征在于，所述滾珠滾動(dòng)凹槽的表面粗糙度Ra限制為小于或等于1.0微米。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的滾珠絲杠螺母，其特征在于，所述滾珠滾動(dòng)凹槽的表面硬度設(shè)定在Hv700至900的范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的滾珠絲杠螺母，其特征在于，所述滾珠滾動(dòng)凹槽的表面具有-500至-1500MPa范圍內(nèi)的殘余壓應(yīng)力。
12.一種用于制造滾珠絲杠螺母的方法，在該滾珠絲杠螺母的內(nèi)周面上形成有滾珠在其中滾動(dòng)的滾珠滾動(dòng)凹槽，該方法的特征在于，在對(duì)所述滾珠絲杠螺母進(jìn)行熱處理之前和/或之后進(jìn)行噴丸處理。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，還包括在坯料的中心通過鉆孔加工預(yù)定內(nèi)周面的步驟、以及通過將攻螺絲工具導(dǎo)入到所述內(nèi)周面而對(duì)滾珠滾動(dòng)凹槽進(jìn)行切削加工的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于，使用顆粒尺寸為40至60微米的碳化硅珠進(jìn)行噴丸處理。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使用顆粒直徑為40至60微米的鋼珠進(jìn)行噴丸處理。
全文摘要
本發(fā)明提供一種耐用性優(yōu)異、成本較低的滾珠絲杠螺母，其具有精度相對(duì)較高的滾珠滾動(dòng)凹槽；以及一種簡單而方便地制造這種滾珠絲杠螺母的方法。一種生產(chǎn)在內(nèi)徑表面形成有滾珠滾動(dòng)凹槽的滾珠絲杠螺母的方法，滾珠在滾珠滾動(dòng)凹槽中滾動(dòng)，該方法包括以下步驟在坯料的中心通過鉆孔加工預(yù)定的內(nèi)周面的步驟(P1)，通過車削工具精加工坯料外徑表面和內(nèi)徑表面的步驟(P2)，通過將攻螺絲工具導(dǎo)入到所述內(nèi)徑表面切削滾珠滾動(dòng)凹槽的步驟(P3)，以及用于碳化滾珠滾動(dòng)凹槽的熱處理步驟(P4)。
文檔編號(hào)B23G1/16GK1849471SQ20048002637
公開日2006年10月18日 申請(qǐng)日期2004年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月11日
發(fā)明者立石康司, 池田良制 申請(qǐng)人:Ntn株式會(huì)社