内螺纹的加工方法及其装置 |
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| 申请号 | CN201380040162.1 | 申请日 | 2013-07-30 | 公开(公告)号 | CN104507614A | 公开(公告)日 | 2015-04-08 |
| 申请人 | 株式会社MH中心; | 发明人 | 青山刚; | ||||
| 摘要 | 当对具有内 螺纹 加工用的孔的金属制的原料的孔加工 内螺纹 时，在已把持或者固定金属制的原料的状态下， 外螺纹 状工具不自转，而以仅在一定 水 平面上的公转的运动，边将外螺纹状工具的加工部逐次按压于孔的内周，边转印加工部的形状，从而成形螺纹槽。具有：加工机主体，把持或者固定具有内螺纹加工用的孔的金属制的原料；可控制运动的X轴-Y轴 工作台 ，相对于加工机主体，施加所需的按压 力 并进行圆弧摆动；以及外螺纹状工具，固定在X轴-Y轴工作台上；固定于X轴-Y轴工作台上的外螺纹状工具不自转，而以仅在一定水平面上的公转运动，边将外螺纹状工具的加工部逐次按压于孔的内周，边转印加工部的形状，从而成形螺纹槽。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种内螺纹的加工方法，其特征在于， |
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| 说明书全文 | 内螺纹的加工方法及其装置技术领域背景技术[0002] 众所周知的是，内螺纹构成作为最普遍的紧固要素的螺纹的一侧。 [0003] 以往，已知通过攻螺纹加工来加工内螺纹。 [0004] 但是，就直径较大的内螺纹的加工而言，通常不利用攻螺纹加工的方式来进行。 [0006] 但是，在由单刃工具(螺纹加工工具)进行的切削加工中，存在产生的切屑的处理和由切屑产生所引起的工具刃尖损伤等问题，但仍无替代方法。 [0007] 此外，作为该内螺纹切削法，例如通常采用将称为螺纹梳刀(chaser)的螺纹切削用刀刃压接于管体的被切削面，使管体边旋转边在管轴方向上进刀或退刀的方法。 [0008] 此外，无论是单刃工具(螺纹加工工具)还是攻牙机，针对所期待的内螺纹，在内螺纹的轴向上，每相对性地旋转一周，也仅能相对移动该螺纹的螺距量。因此，控制可动部分增加，其结果是，无法进行高强度且高刚性的加工机的设计。 [0009] 此外，由于需要与螺纹牙(thread ridge)的数量对应的工具的旋转(例如，参考专利文献1)，因此其加工时间有其限制。 [0010] 在先技术文献 [0011] 专利文献 [0012] 专利文献1：特开2012-30349号公报 发明内容[0013] 发明要解决的问题 [0014] 因此，考虑将与在直径较小的螺纹中发挥作用的无槽丝锥(tap)一样不产生切屑的螺纹加工方法，适用于通常不采用无槽丝锥的直径较大部件。可是，外螺纹状工具所需的径向荷重每次因所期望的内螺纹的有效长度、原料的硬度、外螺纹状工具的直径等因素所致的条件而变化。因此，就外螺纹状工具所需的径向荷重而言，若与以由单刃工具(螺纹加工工具)进行的切削加工为目的的加工相比较，则至少需要其10倍以上。 [0016] 像这样，主轴的径向荷重为50kNf以上的机械并不存在。 [0017] 因此，利用以往的加工方法以及装置，无法将不产生切屑的螺纹加工方法适用于通常不采用无槽丝锥的直径较大部件。 [0018] 本发明是为了解决该以往的加工方法中的问题点而提出的，其目的在于，提供一种内螺纹的加工方法及其装置，能够将与在直径较小的螺纹中发挥作用的无槽丝锥一样不产生切屑的螺纹加工方法，适用于通常不采用无槽丝锥的直径较大部件。 [0019] 此外，本发明的另一目的在于，提供一种不会产生切削切屑，且即使存在例如键槽等设于原料孔内径部的障碍物，也能忽略该障碍物而加工内螺纹的方法及其装置。 [0020] 用于解决问题的手段 [0021] 本发明的内螺纹的加工方法是，当对具有内螺纹加工用的孔的金属制的原料的孔加工内螺纹时，在已把持或者固定金属制的原料的状态下，外螺纹状工具不自转，而以仅在一定水平面上的公转的运动，边将外螺纹状工具(刀具)的加工部逐次按压于孔的内周，边转印加工部的形状，从而成形螺纹槽。 [0022] 此外，在本发明中，孔的直径为所期望的螺纹的顶径与底径的中间径。 [0023] 此外，在本发明中，外螺纹状工具与要加工的内螺纹相比螺距相同且直径较小。 [0024] 本发明的内螺纹加工装置具有：加工机主体，该加工机主体把持或者固定具有内螺纹加工用的孔的金属制的原料；可控制运动的X轴-Y轴工作台，该X轴-Y轴工作台相对于加工机主体，施加所需的按压力并进行圆弧摆动；以及外螺纹状工具，该外螺纹状工具固定在X轴-Y轴工作台上；固定于X轴-Y轴工作台上的外螺纹状工具不自转，而以仅在一定水平面上的公转的运动，边将外螺纹状工具的加工部逐次按压于孔的内周，边转印加工部的形状，从而成形螺纹槽。 [0025] 此外，本发明具备控制装置，该控制装置控制X轴-Y轴工作台，以相对于加工机主体，施加所需的按压力并进行圆弧摆动。 [0026] 在本发明中，用于通过其转印而成形所期望的内螺纹的外螺纹状工具，当然必须具有与期望的内螺纹相同的螺距长度。然而，由于外螺纹状工具的螺纹径小于所期望的内螺纹的螺纹径，因此形成其螺纹牙的螺旋角与内螺纹的螺旋角相比变大。例如，若相对于内螺纹径，外螺纹状工具的直径为一半，则其螺旋角会大致变为一倍。为了消除该差异，且在内螺纹形成与外螺纹状工具相同的螺距，在接触部处必须时常确保一定的滑动，即，需要不一起自转的稳固的同步。 [0027] 为了消除所述的螺旋角差异，本发明所采取的手段从结果来看稳固地维持所述的同步。在内螺纹与外螺纹状工具之间的径差很大的情况下，外螺纹状工具很快地从加工后的内螺纹处脱离，与成形后的内螺纹之间的干涉很少。理论上不会产生问题，但实际上，显著地产生因外螺纹状工具的挠曲而致的倾斜，在高精确度的内螺纹的转印成形中会成为弱点。 [0028] 只要降低内螺纹与外螺纹状工具之间的径差，外螺纹状工具所致的倾斜就会变少。但是，直到解除内螺纹与外螺纹状工具之间的卡合为止的公转角度会变大，内螺纹与外螺纹状工具之间的干涉、卡合的距离会变长。因此，外螺纹状工具公转的阻力会增加。尽管有此阻力，为了不受滑动-附着(slip-stick)现象的影响而保障顺畅的公转，只能提高加工机的刚性。 [0029] 鉴于上述情况，本发明的内螺纹加工机的X轴-Y轴工作台是仅将所期望的内螺纹的半径与外螺纹状工具的半径之差作为运转范围的极短行程(short stroke)。此外，朝极力降低X轴轨道与Y轴轨道在Z方向的高低差的方向进行设计，从而确保所需的刚性。 [0030] 此外，考虑到内螺纹孔为盲孔以及量产时的生产节拍(takt)时，外螺纹状工具为悬臂轴较为便利。若所要求的转印成形所需的轴向荷重(thrust load)高，则通过跨越内螺纹加工区域的2点支持固定外螺纹状工具。该情况下，有时也需要使相同设计的2台X轴-Y轴工作台连动的机械。 [0031] 发明效果 [0032] 本发明通过贯彻短行程以及降低X轴轨道与Y轴轨道的Z方向高低差来进行设计，作为可确保所需刚性的加工机，成功地解决螺旋角差距。虽然所产生的径向荷重较大，但与螺纹牙的数量或有效螺纹长度无关地，即使原理上每次旋转一周地逐次加工来运转，也能在数次旋转内完成内螺纹的加工。 [0033] 本发明即使面对通常不采用攻螺纹加工的直径较大的内螺纹，也不会烦恼因由单刃工具(螺纹加工工具)进行的切削加工而产生的切屑的处理。此外，从加工原理来看，如同外螺纹状工具仅在单一水平面上进行公转的简单运动所象征的那样，也可获得短时间完成加工之类的优点。附图说明 [0034] 图1为表示本发明的一实施方式所涉及的内螺纹的加工方法的说明图。 [0035] 图2为表示图1的重要部位的剖面图。 [0036] 图3为表示本发明的一实施方式所涉及的内螺纹的加工装置的俯视图。 [0037] 图4为图3的A向视图。 [0038] 图5为图3的B向视图。 [0039] 图6为表示通过本发明的其他实施方式加工而得的滚珠螺杆用的螺帽部件的剖面图。 [0040] 图7为图6的侧视图。 [0041] 图8为表示加工图6的滚珠螺杆用的螺帽部件的外螺纹状工具的主视图。 [0042] 图9为图8的侧视图。 具体实施方式[0043] 以下，基于附图所示的实施方式说明本发明。 [0044] 图1为表示本发明的一实施方式所涉及的内螺纹60的加工方法，图2表示图1的重要部位。图3～5表示本实施方式所涉及的内螺纹60的加工方法所用的内螺纹加工装置1。此外，在图2中仅表示重要部分。 [0046] 考虑到作业高度等，加工机主体10固定于适当高度的工作台(未图示)。 [0047] 在加工机主体10的上表面配置有固定具有孔51的金属制的原料50的原料固定台11。原料固定台11具备用于供金属制的原料50嵌入的孔12。金属制的原料50例如在周围具备3处的孔52。原料固定台11具有用于在将金属制的原料50嵌入至孔12后由紧固螺栓53固定金属制的原料50的螺纹孔13。 [0048] 原料固定台11按照位于X轴工作台20上的方式固定于加工机主体10。X轴工作台20按照经由推进螺杆部22在X轴上移动的方式配置于加工机主体10，该推进螺杆部22通过配置于加工机主体10的伺服电机(X轴用电机)21而进行旋转。 [0049] Y轴框架30按照位于该X轴工作台20上的方式固定于X轴工作台20。Y轴框架30具有Y轴工作台33，该Y轴工作台33与X轴工作台20同样地，经由通过伺服电机(Y轴用电机)31而进行旋转的推进螺杆部32在Y轴上移动。此时，Y轴工作台33沿着设于X轴工作台20的例如交叉滚子导轨(Cross-Roller Guide)之类的引导构件34在Y轴方向上移动。 [0050] Y轴工作台33作为固定外螺纹状工具35的工具搭载台发挥作用。外螺纹状工具35具备螺距与要加工的内螺纹60相同且为直径较小的螺纹形状的加工部35a。外螺纹状工具35在裙部具备多个孔36，由紧固螺栓37经由设于Y轴工作台33的孔34固定于Y轴工作台33。 [0051] 如以上所述，由于Y轴框架30按照Y轴工作台33位于X轴工作台20上的方式固定于X轴工作台20，因此按照位于X轴工作台20上的方式固定于加工机主体10的原料固定台11与Y轴工作台33之间的距离(图2的纸面的上下方向即Z轴方向)不变。 [0052] 伺服电机(X轴用电机)21以及伺服电机(Y轴用电机)31与控制装置40联系，使X轴工作台20以及Y轴工作台33分别在X轴方向以及Y轴方向上移动。伺服电机(X轴用2 2 2 电机)21以及伺服电机(Y轴用电机)31按照Y轴工作台33沿着依据计算式(X+Y＝R )所画出的轨迹移动的方式，基于控制装置40的指令被控制运转。即、控制装置40控制X轴工作台20以及Y轴工作台33，以相对于加工机主体10施加所需的按压力并进行圆弧摆动。 [0053] 接着，说明本实施方式的作用。 [0054] 首先，如图1、图2所示，外螺纹状工具35具备螺距与要加工的内螺纹60相同且为直径小于要加工的内螺纹60的螺纹形状的加工部35a。外螺纹状工具35通过紧固螺纹37固定在Y轴工作台33上。 [0055] 接着，金属制的原料50在按照从外螺纹状工具35的上方插通孔51的方式嵌入至原料固定台11的孔12后，金属制的原料50由紧固螺栓53固定在原料固定台11上。 [0056] 接着，控制装置40驱动伺服电机(X轴用电机)21以及伺服电机(Y轴用电机)31，使X轴工作台20以及Y轴工作台33分别在X轴方向以及Y轴方向上移动。 [0057] 接着，控制装置40按照Y轴工作台33沿着依据计算式(X2+Y2＝R2)所画出的轨迹移动的方式，控制伺服电机(X轴用电机)21以及伺服电机(Y轴用电机)31的动作。 [0058] 接着，控制装置40例如如图1所示，按照外螺纹状工具35的点W位于金属制的原料50的孔51的点W的方式，使X轴工作台20以及Y轴工作台33分别在X轴方向以及Y轴方向上移动。 [0059] 接着，控制装置40如图1所示，使固定于Y轴工作台33的外螺纹状工具35在固定于原料固定台11上的金属制的原料50所具有的孔51的内周，沿着箭头35A所示的移动轨迹进行移动。然后，控制装置40按照使内螺纹成形前的金属制的原料50的孔51边变形为内螺纹60边成形的方式，控制伺服电机(X轴用电机)21以及伺服电机(Y轴用电机)31的动作。 [0060] 此外，在图1中，为了说明，将外螺纹状工具35的箭头35A所示的移动轨迹表示为180°。当然，在本实施方式中，控制装置40使外螺纹状工具35移动，直到使内螺纹成形前的金属制的原料50的孔51的全周变形为内螺纹60为止，即、直到外螺纹状工具35的箭头 35A所示的移动轨迹为360°为止。因此，控制装置40边控制伺服电机(X轴用电机)21以及伺服电机(Y轴用电机)31的动作边使外螺纹状工具35进行圆周运动，对孔51的内周逐次按压外螺纹状工具35的加工部35a并转印加工部35a的形状而成形螺纹槽。 [0061] 在该过程中，如图1所示，首先，使金属制的原料50的孔51的点N与外螺纹状工具35的点N接触。接着，使金属制的原料50的孔51的点E与外螺纹状工具35的点E接触。接着，使金属制的原料50的孔51的点S与外螺纹状工具35的点S接触。接着，使金属制的原料50的孔51的点W与外螺纹状工具35的点W接触。各自的旋转相位不变。即、金属制的原料50的孔51以及外螺纹状工具35的点N－E－S－W不会自转。 [0062] 此间，金属制的原料50与外螺纹状工具35不在Z轴方向上相对移动，此外在Z轴方向(图2的图面中的上下方向)上也无需相对移动。 [0063] 如以上所述，根据本实施方式，能够使环状物的金属制的原料50被把持固定于原料固定台11，从环状物的金属制的原料50的孔51的内侧逐次按压外螺纹状工具35的加工部35a并转印加工部35a的形状而成形螺纹槽。因此，最终能够在金属制的原料50的孔51的内侧成形例如M40－P1.5(外径40mm、螺距1.5mm)等较大径的内螺纹60。 [0064] 此外，本发明的内螺纹加工装置1例如也能够对成形步骤进行程序化，使得内螺纹60的孔径R从略小一些的R出发，为了能在几周内到达完成的螺纹牙而逐次成形。 [0065] 此外，在上述实施方式中，通过紧固螺栓53将金属制的原料50固定于原料固定台11，但本发明不限于此，也可以经由系固手段将金属制的原料50固定于原料固定台11。 [0066] 此外，在上述实施方式中，说明了通过外螺纹状工具35在金属制的原料50的孔51中旋转一周来成形内螺纹60的情况，但本发明不限于此，控制装置40也能够进行控制以使外螺纹状工具35在金属制的原料50的孔51中旋转多周。 [0067] 此外，在上述实施方式中，对1条内螺纹进行了说明，但本发明不限于此，也能够通过利用2条螺纹的外螺纹状工具来成形2条内螺纹。 [0068] 不仅如此，在滚珠螺杆用的按每一条封闭的循环槽中，根据工具也可成形滚珠循环用旁路(bypass)等一部分的槽深度较其他部分更深的槽。当然，存在多条上述封闭循环槽的内径面也可同时成形。 [0069] 其中一个例子，利用图6～9来说明滚珠螺杆用的螺帽构件80，该滚珠螺杆用的螺帽构件80加工有母循环路81，该母循环路81具备为使滚珠回到1个螺距前而形成的S字形旁路82。 [0070] 图8、图9表示用来加工滚珠螺杆用的螺帽构件80的外螺纹状工具70，该滚珠螺杆用的螺帽构件80具有设有S字形旁路82的母循环路81。用来加工S字形旁路82的加工部72与形成母循环路81的加工部71相比朝外侧突出。 [0071] 外螺纹状工具70例如更换图1、图2中固定于Y轴工作台33的外螺纹状工具35来使用。 [0072] 此外，加工螺帽构件80前的金属制的原料与上述实施方式中具有孔51的金属制的原料50同样地，准备具有与螺帽构件80的孔相称的孔的金属制的原料，并固定于原料固定台11。 [0073] 在本例中，加工方法与上述实施方式相同。 [0074] 此外，在本例中，说明了利用具备用来形成1组母循环路81的加工部71以及用来加工S字形旁路82的加工部72的外螺纹状加工具70来加工出具备1个S字形旁路82的母循环路81的滚珠螺杆用的螺帽构件80。本发明不限于此，也能够利用具备用来形成多组母循环路81的加工部71以及用来加工S字形旁路82的加工部72的外螺纹状加工具70，来加工被加工出具备S字形旁路82的多组母循环路81的滚珠螺杆用的螺帽构件80。 [0075] 标号说明 [0076] 1 内螺纹加工装置 [0077] 10 加工机主体 [0078] 11 原料固定台 [0079] 12 孔 [0080] 20 X轴工作台 [0081] 21 伺服电机(X轴用电机) [0082] 22 推进螺杆部 [0083] 30 Y轴框架 [0084] 31 伺服电机(Y轴用电机) [0085] 32 推进螺杆部 [0086] 33 Y轴工作台 [0087] 34 引导构件 [0088] 35 外螺纹状工具(刀具) [0089] 40 控制装置 [0090] 50 金属制的原料(胚料、原材料) [0091] 51 孔 [0092] 60 内螺纹 |
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