专利名称：滚珠丝杠的滚轧模具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种滚珠丝杠的滚轧模具，该滚轧模具用于制造滚珠丝杠中的螺杆。
背景技术：
通常，滚珠丝杠中的螺杆由一个由金属制成的杆状螺杆坯料形成，并且包括有一条形成于其上的螺旋滚珠沟槽。作为一种用于制造这种螺杆的方法，在JP-A-9-133195中公开了一种方法，其中存在有一个如图7中示出的滚轧模具10。也就是说，一个滚轧模具10压靠在如图8中示出的螺杆坯料w上，其中该滚轧模具10包括具有形成在其外周面上的螺旋突起的柱形部分12，并且该辊轧模具10还包括分别形成于柱形部分12两个端部处的圆锥形导入部分13和圆锥形退出部分14。在这种施压状态下，滚轧模具10和螺杆坯料w中之一相对于另外一个发生旋转，来由此在螺杆坯料w上滚轧和加工出一条滚珠沟槽g。在所引用出版物中公开的这种方法是一种所谓的贯穿进给型滚轧方法，使用了螺杆坯料的贯穿进给现象(在辊轧过程中沿产品的轴向移动产品)。当与通过对螺杆坯料进行车削或者磨削以在其上形成一条滚珠沟槽的螺杆制造方法进行比较时，贯穿进给型滚轧方法在批量生产方面是优越的，并且能够以相对较低的成本制造出精密的滚珠丝杠。
但是，当使用图7中所示螺纹滚轧模具制造一种其上滚珠沟槽的螺距大于滚珠直径的螺杆时，也就是说如图9中所示，螺杆bs上滚珠沟槽g的螺距p为滚珠b的直径dB的1.7倍或者更大，有可能使得每次由螺纹滚轧模具进行挤轧的坯料轧服量较大。这将增大这种可能性，即要在螺杆坯料上被滚轧和形成的滚珠沟槽的偏圆度(the circularity deviation)和形状转制性能(shape transfer property)有可能降低，由此无法满足必要的技术要求。为了满足必要的技术要求，在增加滚轧模具导入部分的长度来由此减少每次挤轧的坯料轧服量的情况下，加工操作的次数增加，由此导致螺杆坯料经过加工操作而硬化，从而可能会在螺杆坯料的加工表面上产生剥落。
还有，在利用图7中所示滚轧模具在螺杆坯料上滚轧和加工一条滚珠沟槽的情况下，在滚轧模具上的圆柱部分与导入部分之间的边界部分会产生过度的应力集中，这将会缩短滚轧模具的耐用寿命。
发明内容
本发明旨在消除在常规的滚轧模具中发现的前述缺陷。因此，本发明的目的在于提供一种用于滚珠丝杠的滚轧模具，这种滚轧模具可以减少在滚轧模具上的圆柱部分与导入部分之间的边界部分产生应力集中，但却无需过度增大滚轧机的总体宽度，由此能够提高滚珠沟槽的偏圆度和沟槽形状精度，并且增强滚轧模具的耐用性。
为了达到前述目的，根据本发明的第一方面，在这里提供了一种用于滚珠丝杠的滚轧模具，具有一个圆柱部分，包括有一条形成于其外周表面上的螺旋凸起部，用于在滚珠丝杠的螺杆坯料上成形一条螺旋滚珠沟槽；和一个形成于圆柱部分一个端部上的圆锥形导入部分，该导入部分包括有多个截头圆锥形部分，其中，所述截头圆锥形部分相对于螺杆坯料的接触角均被设定为从与所述圆柱部分相邻的截头圆锥形部分处开始依次顺序增大。
根据本发明的第二方面，如第一方面中所述用于滚珠丝杠的滚轧模具，其中所述导入部分包括一个与圆柱部分相邻的第一截头圆锥形部分，和一个与该第一截头圆锥形部分相邻的第二截头圆锥形部分。
如第二方面中所述用于滚珠丝杠的滚轧模具，其中所述第一截头圆锥形部分的接触角被设定为0.4°，而所述第二截头圆锥形部分的接触角被设定为4°。
如第二方面中所述用于滚珠丝杠的滚轧模具，一个退出部分被成形在所述圆柱部分的另一端部上，该退出部分的接触角被设定为不超过第一截头圆锥形部分的接触角。
如第二方面中所述用于滚珠丝杠的滚轧模具，其中所述第一截头圆锥形部分的轴向长度L被设定为k≤L≤10k，其中k表示的是每1/2转所述螺杆坯料的移动量。
根据本结构，由于要与螺杆坯料发生接触的导入部分的接触角随着其接近圆柱部分而逐步变小，所以可以减小在圆柱部分与导入部分之间的交界部分产生的应力集中，由此能够提高用于滚珠丝杠的滚轧模具的耐用性。还有，由于在螺杆精加工部分利用滚压模具每次进行挤轧的坯料轧服量可以减小，所以即使在螺杆上滚珠沟槽的螺距为滚珠直径的1.7倍或者更大的情况下，螺杆也可以以高精度制造而成。还有，由于每次挤轧的坯料轧服量可仅在螺杆的精加工部分减少，所以可以防止坯料经过加工操作而硬化。此外，由于避免了增加滚轧模具的总体宽度，所以滚珠丝杠中的螺杆可以以低成本制造而成。
图1是一个根据本发明一实施例的滚珠丝杠滚轧模具一部分的剖视图；图2示出了滚轧模具与螺杆坯料之间接触角的差异与每次挤轧的坯料轧服量之间的关系；图3是当每次挤轧的坯料轧服量被设定为0.05毫米或者更低时要执行的操作的说明视图；图4示出了根据本发明的滚珠丝杠滚轧模具与常规的滚珠丝杠滚轧模具相对于螺杆坯料的接触角之间的差异；图5以图表形式示出了通过对滚珠沟槽的螺纹中径进行测定所获得的测定值的变化状况，所述滚珠沟槽利用根据本发明的滚珠丝杠滚轧模具在螺杆坯料上滚轧和加工而成；图6以图表形式示出了通过对滚珠沟槽的螺纹中径进行测定所获得的测定值的变化状况，所述滚珠沟槽利用常规的滚珠丝杠滚轧模具在螺杆坯料上滚轧和加工而成；图7是一个常规的滚珠丝杠滚轧模具的示意图；图8是一根要利用滚珠丝杠滚轧模具进行滚轧和加工的螺杆坯料的视图；图9是一根螺杆的视图，其中该螺杆上的滚珠沟槽的螺距为滚珠直径的1.7倍或者更大。
具体实施例方式
下面，将参照附图对一个根据本发明用于滚珠丝杠的滚轧模具的实施例进行描述。顺便提及，在本实施例中，与图7所示常规滚轧模具中相同的部件被赋予相同的附图标记，并且因此在这里省去了对它们的详细描述。
图1是一个根据本发明一实施例滚珠丝杠的滚轧模具一部分的剖视图。如图1中所示，根据本实施例的滚珠丝杠滚轧模具上的导入部分13由两个截头圆锥形部分15和16组合而成。对于这两个截头圆锥形部分15和16来说，它们各自相对于螺杆坯料的坯料接触角φ1和φ2相互不同。具体来说，与圆柱部分12相邻的截头圆锥形部分15的坯料接触φ1相对于截头圆锥形部分16的坯料接触角φ2成下述关系，即φ1＜φ2，其中截头圆锥形部分16位于截头圆锥形部分15的前端部侧。在本实施例中，截头圆锥形部分15的坯料接触角φ1例如被设定为0.4°，而截头圆锥形部分16的坯料接触角φ2例如被设定为4°。还有，导入部分13的轴向长度被设定为55毫米，截头圆锥形部分15的轴向长度为15毫米，而截头圆锥形部分16的轴向长度为40毫米。此外，由于已知在退出部分14与圆柱部分12之间的连接部分中也会产生应力集中，所以φ1＝φ3并且φ3＝0.4°。确切地说，优选的是φ3≤φ1；但是，由于在φ3＝φ1的情况下，可以在制造滚轧模具的过程中利用一块磨石进行磨削，所以φ1和φ3被设定为相同的值(0.4°)，以便不会增加磨削模具的制造成本。截头圆锥形部分15的轴向长度L被设定在k≤L≤30k的范围内，其中，k表示的是每1/2转所述螺杆坯料的移动量(将在后面予以描述)。但是，在某些情况下取决于截头圆锥形部分15的坯料接触角φ1，会存在有这样一种可能性，即当螺杆坯料经过加工操作而硬化时，螺杆坯料的表面会发生剥落；因此，轴向长度L最好被设定在k≤L≤10k的范围内。
以这种方式，在要形成于圆柱部分12一个端部处的圆锥形导入部分13由两个截头圆锥形部分15和16构成，并且截头圆锥形部分15和16的坯料接触角φ1和φ2被设定为能够从与圆柱部分12相邻的截头圆锥形部分15处开始依次顺序增大的情况下，φ1，φ2，也就是说导入部分13相对于螺杆坯料的坯料的接触角随着它们接近圆柱部分侧而逐步变小，由此能够减少在圆柱部分12与导入部分13之间的交界部分发生应力集中，这样不仅可以提高滚珠沟槽的偏圆度和沟槽形状，而且可以增强滚珠丝杠滚轧模具的耐用性。
还有，在要形成于圆柱部分12一个端部处的圆锥形导入部分13由两个截头圆锥形部分15和16构成，并且截头圆锥形部分15和16的坯料接触角φ1和φ2被设定为能够从与圆柱部分12相邻的截头圆锥形部分15处开始依次顺序增大的情况下，每次挤轧的坯料轧服量可以减少。因此，即使在螺杆bs如图9中所示那样，也就是说，螺杆bs的滚珠沟槽g的螺距p为滚珠b的直径ds的1.7倍或者更大，该螺杆ds也可以通过对其进行滚轧和加工而以高精度制造而成。还有，无需为了减少每次挤轧的坯料轧服量而将导入部分13的长度设定比所需的长度长，这将使得能够抑制经过加工操作所产生的坯料硬化现象。还有，由于无需增大滚轧模具的总体宽度，所以滚轧模具可以以低成本制造而成。
顺便提及，将螺杆坯料每1/2转的移动量表示为k，并且将滚轧模具相对于螺杆坯料的坯料接触角被表示为φ，那么滚轧模具每次挤轧的坯料轧服量Δγ可以由下述公式(1)来表示即，Δγ＝k·tanφ (1)。
并且，将螺杆坯料的外径表示为d，并且主杆(a main shaft)的倾斜角表示为α，那么螺杆坯料每1/2转的移动量k可以由下述公式(2)得出即k＝(π·d·tan α)/2 (2)。
还有，主杆的倾斜角α可以由下述公式得出即，α＝ω3-ωB，其中ω3表示的是要获得的产品的导程角，而ωB表示的是滚轧模具的导程角。φ1的值以这样一种方式加以设定，即通过将公式(2)代入公式(1)中所获得的数值为0.05毫米或者更小。还有，在图1中，截头圆锥形部分15的轴向长度A1被设定为等于或者大于螺杆坯料每1/2转的移动量。
接下来，图2示出了对每次挤轧的坯料轧服量的测试数据和对所加工出的螺杆上沟槽形状转制侧的测试数据。在图2中，水平轴示出了要从滚轧模具设计而获得的每次挤轧的坯料轧服量，而竖直轴示出了利用滚轧模加工的螺杆上的滚珠沟槽的滚珠接触角α2′与滚轧模具的滚珠接触角α2之间的差异。这表明，在当利用图7中所示常规滚轧模具对坯料进行加工时每次挤轧的坯料轧服量为0.5毫米或者更多的情况下，难以以高精度对滚珠沟槽进行转制。另一方面，在利用如图1中所示根据本发明的滚轧模具的情况下，其中所述滚轧模具的导入部分由多个截头圆锥形部分组成，并且其坯料接触角被设定为能够从与圆柱部分相邻的截头圆锥形部分处开始依次逐步增大，在精加工操作中每次挤轧的轧服量被设定为等于或者小于0.05毫米，那么滚轧模具的接触角之间的差异以及所加工出的螺杆上沟槽形状之间的差异减小，由此能够以高精度转制滚珠沟槽。
还有，在滚轧模具被构造成一个理想形状的情况下，如图3中所示，接触角α1和α2，即所加工出的螺杆上沟槽形状的接触角，根据滚轧模具每次挤轧的坯料轧服量Δγ变化至α1′和α2′。在Δγ被设定为等于或者小于0.05毫米的情况下，α1与α1′以及α2与α2′之间的差异可以减小。顺便提及，在图3中，O指代的是当滚珠沟槽g在螺杆坯料w上被滚轧和加工成理想形状时滚珠b的中心，而O′指代的是当滚珠沟槽g在螺杆坯料w上被滚轧和加工成变形形状(a distorted shape)时滚珠b的中心。
接下来，图4示出了分别利用根据本发明的滚珠丝杠滚轧模具和常规的滚珠丝杠滚轧模具滚轧和加工出的螺杆上接触角与沟槽形状之间的差异。如图4中所示，在使用了根据本发明的滚珠丝杠滚轧模具的情况下，滚轧模具与所加工出的螺杆之间接触角的差异接近3°或者更小，这表明与常规的滚轧模具相比，接触角差异可以减小。
图5示出了一些测定值的变化状况，这些测定值是通过在螺杆的一个导程上对利用根据本发明的滚珠丝杠滚轧模具在螺杆坯料上滚轧和加工出的滚珠沟槽的螺纹中径进行测定而获得的。并且，图6也示出了一些测定值的变化状况，这些测定值是通过在螺杆的一个导程上对利用常规滚珠丝杠滚轧模具在螺杆坯料上滚轧和加工出的滚珠沟槽的螺纹中径进行测定而获得的。
正如可以从图5和6中清楚看出的那样，在常规滚轧模具的情况下，对于一个导程来说螺纹中径的变化量在4至8微米的范围内；而相反，在根据本发明的滚珠丝杠滚轧模具的情况下，对于一个导程来说螺纹螺纹中径的变化量为3微米或者更小。
因此，在滚轧模具的导入部分由多个截头圆锥形部分组成，并且这些截头圆锥形部分的坯料接触角被设定为从与圆柱部分相邻的截头圆锥形部分开始依次顺序增大的情况下，即使当制造一种其上滚珠沟槽的螺距大于滚珠直径的螺杆时，也可以以高精度地在螺杆坯料w上滚轧和加工出所需的滚珠沟槽。
顺便提及，本发明并不局限于前述实施例。例如，在前述实施例中，导入部分13由两个截头圆锥形部分15和16组成；但是，该导入部分13也可以通过将三个或者更多截头圆锥形部分组合在一起而构成。
正如前面已经描述的那样，根据本发明，由于圆锥形导入部分由多个截头圆锥形部分组成，并且这些截头圆锥形部分的接触角被设定为从与圆柱部分相邻的截头圆锥形部分开始依次顺序增大，所以导入部分相对于螺杆坯料的坯料接触角会随着其接近圆柱部分侧而逐步变小。这将减小可能会在圆柱部分与导入部分之间交界部分产生的应力集中，由此能够增强滚珠丝杠滚轧模具的耐用性。还有，由于在导入部分每次挤轧的坯料轧服量可以减小，所以即使在螺杆上的滚珠沟槽的螺距大于滚珠的直径时，该螺杆也可以以高精度制造而成。还有，由于无需为了减小在导入部分每次挤轧的坯料轧服量而将该导入部分的长度设定得大于所需长度，所以可以抑制通过滚轧操作产生的坯料硬化现象。并且，由于无需增加滚轧模具的总体宽度，所以该滚轧模具可以以低成本制造而成。
权利要求
1.一种用于滚珠丝杠的滚轧模具，包括圆柱部分，该圆柱部分包括有形成于其外周表面上的螺旋凸起部，用于在滚珠丝杠的螺杆坯料上成形螺旋滚珠沟槽；和形成于所述圆柱部分一个端部上的圆锥形导入部分，该导入部分包括有多个截头圆锥形部分；其中，所述截头圆锥形部分相对于螺杆坯料的接触角均被设定为能够从与所述圆柱部分相邻的截头圆锥形部分处开始依次顺序增大。
2.如权利要求1中所述用于滚珠丝杠的滚轧模具，其中，所述导入部分包括与所述圆柱部分相邻的第一截头圆锥形部分，和与该第一截头圆锥形部分相邻的第二截头圆锥形部分。
3.如权利要求2中所述用于滚珠丝杠的滚轧模具，其中，所述第一截头圆锥形部分的接触角被设定为0.4°，而所述第二截头圆锥形部分的接触角被设定为4°。
4.如权利要求2中所述用于滚珠丝杠的滚轧模具，其中，退出部分形成在所述圆柱部分的另一端部上，该退出部分的接触角被设定为不大于所述第一截头圆锥形部分的接触角。
5.如权利要求2中所述用于滚珠丝杠的滚轧模具，其中，所述第一截头圆锥形部分的轴向长度L被设定在k≤L≤10k的范围内，其中k表示的是每1/2转所述螺杆坯料的移动量。
全文摘要
一种用于滚珠丝杠的滚轧模具，具有圆柱部分，包括有形成于其外周表面上的螺旋凸起部，用于在滚珠丝杠的螺杆坯料上成形螺旋滚珠沟槽；和形成于所述圆柱部分一个端部上的圆锥形导入部分，该导入部分包括有多个截头圆锥形部分，其中，所述截头圆锥形部分相对于螺杆坯料的接触角均被设定为能够从与所述圆柱部分相邻的截头圆锥形部分处开始依次顺序增大。
文档编号F16H25/24GK1480666SQ03152568
公开日2004年3月10日 申请日期2003年8月4日 优先权日2002年8月2日
发明者小池悦雄, 三宫仁志, 志 申请人:日本精工株式会社