專利名稱：蝸桿滾軋加工方法及其蝸桿的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及蝸桿的滾軋加工方法及其蝸桿。更詳細一點說，是關于用于由滾軋加工汽車轉向手柄驅動用的蝸桿等的蝸桿滾軋加工方法和由該滾軋加工方法滾軋加工的蝸桿。
但是，這種蝸桿制作工藝，至少需要切削、熱處理、磨削比較大的3種工序。另外，為此還需要車床、熱處理設備、磨床等至少3臺設備。因此，加工成本增高，樹脂制的蝸桿的優(yōu)點也不能得到充分發(fā)揮。
另外，在滾軋陽螺紋、蝸桿等時，使相對配置的第一滾軋模與第二滾軋模相互接近地進行壓入進給。這時，蝸桿的升角變大。且精加工直經(jīng)與坯料直經(jīng)的差較大時，在滾軋加工進行中，有升角變化的現(xiàn)象叫貫穿進給。如果產(chǎn)生這種貫穿進給，在由貫穿進給引起的工件移動方向的螺紋牙的齒側面與相反一側的齒側面的面間圓形模的接觸不同，有滾軋面的精加工精度降低的問題。為了防止這種貫穿進給，通常由目視等改變第一滾軋?；虻诙L軋模的軸線方向的相位位置來進行補償。
但是，這種補償方法，在是在陽螺紋或蝸桿的兩側存在有比陽螺紋或蝸桿的直徑大的軸的零件的情況下，由于在這部分滾軋模干涉，用于防止貫穿進給的補償比較困難。另外，這時，也可使模正轉或反轉進行滾軋，但由于產(chǎn)生齒隙等，不可能得到高精度制品，生產(chǎn)率也降低。本申請人提出了繞與第一滾軋模和第二滾軋模的轉動軸線正交的軸線轉動的主軸傾斜機構(日本利特開平11-285766號)，來解決該貫穿進給問題。
但是，即使使用這種主軸傾斜機構，在從加工開始到加工結束直徑變化大的蝸桿等的工件中，也不能完全防止貫穿進給的產(chǎn)生，它成為加工誤差出現(xiàn)。
本發(fā)明的目的即在于提供可充分確保蝸桿精度并減少加工工序的蝸桿滾軋加工方法和由該方法加工的蝸桿。
本發(fā)明的其他目的在于提供在充分確保蝸桿精度同時并降低成本的蝸桿滾軋加工方法和由該方法加工的蝸桿。
本發(fā)明的優(yōu)點是，由于可由滾軋加工對切向移距的薄齒的蝸桿進行高精度加工，比現(xiàn)有的蝸桿可減少加工工序數(shù)，而且可大幅度降低加工成本。
本發(fā)明的蝸桿滾軋加工方法由包括如下部分的滾軋機進行以圓筒狀坯料為中心配置用于進行滾軋加工的多個圓筒狀模，用于驅動前述模轉動的模轉動驅動裝置，用于可自由旋轉地支承前述坯料的坯料支承裝置，使前述模相互接近地壓入的壓入裝置，在這種蝸桿滾軋加工方法中，是交替地反復進行第一工序與第二工序來滾軋加工蝸桿，其中，第一工序是使前述模一邊向同一方向同步旋轉一邊向前述坯料相互壓入進給來進行滾軋加工；第二工序是在第一工序結束后，使前述模的旋轉方向反轉，來滾軋加工前述坯料。
前述蝸桿的滾軋，在將前述模向與前述壓入進給方向相反方向待避后，當進行前述第二工序時，可繼續(xù)進行更高精度加工。為了提高前述蝸桿的圓度，可在停止前述壓入進給前述模的狀態(tài)下，交替地進行前述第一步驟與第二工序來滾軋前述蝸桿。
前述滾軋機的前述模配置于4個導向件的大致中心，且由旋轉軸線平行配置的2臺構成，使用這種結構可使?jié)L軋效果更好。
另外，前述蝸桿滾軋加工方法，在前述滾軋加工中，由于前述坯料直經(jīng)變化，前述蝸桿的升角變化，而且產(chǎn)生前述蝸桿在軸線方向移動的貫穿進給從前述坯料的移動檢測，當前述移動超出設定范圍時，使前述模的旋轉方向反轉、從而使貫穿進給的方向反向。
再者，前述蝸桿滾軋加工方法中，前述滾軋機具有以與前述模的旋轉軸線正交的軸線為中心轉動的主軸斜裝置；在前述滾軋加工中，由于前述坯料直經(jīng)變化，升角變化，檢測前述坯料在軸線方向移動的貫穿進給，運算出用于消除這種貫穿進給的前述主軸傾斜裝置的補償轉動角度，可用前述主軸傾斜裝置使前述模前述補償轉動角度量旋轉消除前述貫穿進給。
本發(fā)明的蝸桿是由滾軋機的蝸桿滾軋加工方法滾軋加工而成，該滾軋機具有以圓筒狀坯料為中心配置進行滾軋加工的多個圓筒狀模、用于驅動前述模相互同步轉動的模轉動驅動裝置、用于可自由旋轉地支承前述坯料的坯料支承裝置、和用于使前述模相互接近地壓入的壓入裝置。
前述蝸桿的齒間的齒根形狀是，在包含前述蝸桿軸線的斷面內(nèi)形成頂部。前述頂部，在使用機械構造用碳素鋼情況下是120°～150°，前述頂部的前端斷面最好是半徑為1.0～1.5mm的圓弧形狀。
另一本發(fā)明的蝸桿，是由滾軋機進行的滾軋加工方法加工而成，該滾軋機具有以圓筒狀的坯料為中心配置進行滾軋加工的多個圓筒狀模、用于驅動前述模相互同步轉動的模轉動驅動裝置、用于可自由旋轉地支承前述坯料的坯料支承裝置、用于使前述模相互接近地壓入的壓入裝置，前述蝸桿齒間的齒根形狀是在包含前述蝸桿的軸線的斷面形成圓弧。在使用機械構造用碳素鋼時，在前述圓弧中最好是斷面成半徑為1.0～1.5mm的圓弧形狀。
本發(fā)明的蝸桿的滾軋加工中使用的前述滾軋機的前述模，最好是配置于4個導向件的大致中心，且由旋轉軸線平行配置的2臺構成。
另外，本發(fā)明的蝸桿滾軋加工中使用的前述滾軋機，可具有以與前述模的旋轉軸線正交的軸線為中心旋轉的主軸傾斜裝置。前述蝸桿可適合于在包含前述蝸桿軸線的斷面內(nèi)前述蝸桿齒厚比齒根的間隔還小的形式。
圖2是

圖1的II-II剖切時的局部剖視圖。
圖3是滾軋機的正視圖。
圖4是滾軋機的俯視圖。
圖5是第二模移動臺的左側視圖。
圖6是表示模進給裝置的概略機構的滾軋機的俯視圖。
圖7是用于支承進給作為工作物的工件的工件進給裝置的側視圖。
圖8(a)是蝸桿齒形剖面圖；圖8(b)是與圖8(a)的齒槽形狀不同的另一蝸桿的齒剖面圖。
圖9是表示CNC裝置及各控制馬達等的構成的方框圖。
圖10(a)～(b)是表示滾軋加工蝸桿時的工序的工序圖。
圖11(c)～(d)是表示滾軋加工蝸桿時的工序的工序圖。
圖12(e)～(f)是表示滾軋加工蝸桿時的工序的工序圖。
下邊來說明將本發(fā)明具體化的實施例。圖1是表示用于滾軋本發(fā)明的蝸桿的滾軋機的整體立體外觀圖。圖2是圖1的II-II局部剖視圖。圖3是滾軋機正視圖。圖4是剖切俯視圖。滾軋機1是使圓筒狀模相對配置使坯料塑性變形來進行塑性加工的圓滾軋機。通常的圓模滾軋機是，將被驅動旋轉的可動模和由其帶動旋轉的固定模其旋轉軸線相互平行地相對配置，在其中間配置坯料。
本發(fā)明的蝸桿加工用滾軋機1，在加工中使2個圓模同步并同時向同一旋轉方向驅動旋轉。下邊說明其詳細構造。底座2構成了滾軋機1的本體，是內(nèi)部為空洞的構造物的臺子(參照圖2)。底座2大概成箱形，是鑄造件或將鋼板焊接而成。在底座2的上面上以螺栓等平行地固定配置2條第一導軌3。在2條第一導軌3上通過直線軸承部件5可自由移動地搭載著第一模移動支承座4。在第一模移動支承座4的前面上一體固定支承著第一模移動座6。同樣，第一模移動座6也通過直線軸承部件5可自由移動地設于2條第一導軌3上。
在第一模移動座6的前面7上，根據(jù)后述的理由可自由轉動地支承載著第一圓模支承座8(參照圖3)。在第一圓模支承座8上隔著間隔配置第一圓模軸承9與第二圓模軸承10兩個軸承。在第一圓模軸承9與第二圓模軸承10之間沿水平方向配置第一圓模軸11，其兩端分別由第一圓模軸承9與第二圓模軸承10支承。
第一圓模支承座8由第一主軸傾斜機構(圖中未示出)使其以與第一圓模軸11的中心線正交的轉動軸線為中心旋轉。第一主軸傾斜機構由配置于第一模移動座6側面上的齒輪、和與該齒輪相嚙合的伺服馬達構成。驅動第一圓模支承座8轉動的該伺服馬達142由后述的CNC裝置120(參照圖9)控制第一圓模支承座8的轉動角度位置。第一主軸傾斜機構是一種用以防止后述的螺紋、蝸桿等的具有螺旋形狀零件的加工中產(chǎn)生的貫穿進給現(xiàn)象所產(chǎn)生的加工誤差。
在第二圓模軸承10的端部配置著齒輪箱12，在該齒輪箱12內(nèi)內(nèi)藏檢測器134(參照圖9)。齒輪箱12內(nèi)的齒輪機構通過萬向聯(lián)軸節(jié)13將來自驅動軸14的旋轉傳遞到第一圓模軸11。驅動軸14又通過萬向聯(lián)軸節(jié)15連結于減速機構16的輸出軸(圖中未示出)。減速機構16由支架18支承固定。
支架18搭載于驅動機構支承座20上。驅動機構支承座20與底座2側面的中央部相鄰并與底座2一體固定配置。在減速機構16的輸入軸(圖中未示出)上連結著伺服馬達17的輸出軸。結果是，伺服馬達17的旋轉輸出，由減速機構16減速，再通過萬向聯(lián)軸節(jié)15、驅動軸14、萬向聯(lián)軸節(jié)13、及齒輪箱12內(nèi)的齒輪機構根據(jù)旋轉速度指令驅動第一圓模軸11旋轉。伺服馬達17的旋轉輸出由后述的CNC裝置120控制。
為了將伺服馬達17的旋轉驅動傳遞到第一圓模軸11，采用了由萬向聯(lián)軸節(jié)15與萬向聯(lián)軸節(jié)13兩者構成的旋轉驅動傳遞機構。對于伺服馬達17固定于驅動機構支承座20上，由于第一模移動座6在2條第一導軌3上移動，從而第一圓模軸11位置不定，采用通常的接頭構造不能圓滑地傳遞旋轉。而采用萬向聯(lián)軸節(jié)13、15這樣的旋轉驅動傳遞機構，可以圓滑地且等速將伺服馬達17的旋轉傳遞給第一圓模軸11。
另一方面，在與第一模移動座6相對的底座2上的位置配置著第二模移動座25。在底座2的上面上以螺栓等固定配置著2條第二導軌26。第二導軌26配置于將對第一模移動座6導向的2條第一導軌3直線延長的位置上(參照圖4)。第二模移動座25通過直線軸承部件27可自由移動地搭載于2條第二導軌26上(參照圖3)。
在第二模移動座25的前面28上由后述的理由以中心0為中心可自由轉動地支承搭載著第二圓模支承座29(參照圖5)。在第二圓模支承座29上隔開間隔地配置著第三圓模軸承30、與第四圓模軸承31兩軸承(參照圖2)。在第三圓模軸承30與第四圓模軸承31間沿水平方向配置第二圓模軸32，第三圓模軸承30與第四圓模軸承31分別可自由旋轉地支承其兩端。
第二圓模支承座29由第二主軸傾斜機構(圖中未示出)使其以與第二圓模軸32的中心軸線正交的轉動軸線0為中心作角度在+α、或-α范圍內(nèi)的轉動(參照圖5)。第二主軸傾斜機構由配置于第二模移動座25側面上的齒輪和與該齒輪相嚙合的伺服馬達構成。驅動第二圓模支承座29的該伺服馬達147由后述的CNC裝置120控制第二圓模支承座29的位置(參照圖9)。第二主軸傾斜機構是用來防止由影響后述的螺紋、蝸桿等那樣的具有螺旋構造的零件的形狀精度的貫穿進給現(xiàn)象造成的誤差的機構。
在第四圓模軸承31的端部上配置齒輪箱33，在齒輪箱33內(nèi)內(nèi)藏旋轉檢測機構(圖中未示出)，齒輪箱33內(nèi)的齒輪機構通過萬向聯(lián)軸節(jié)34將來自驅動軸35的旋轉傳遞到第二圓模軸32。驅動軸35再通過萬向聯(lián)軸節(jié)36連結到減速機構37的輸出軸(圖中未示出)。減速機構37由前述支架18支承固定。
在減速機構37的輸入軸上連結著伺服馬達38的輸出軸。其結果，伺服馬達38的旋轉輸出由減速機構37減速，通過萬向聯(lián)軸節(jié)36、驅動軸35、萬向聯(lián)軸節(jié)34與齒輪箱33中的齒輪機構遵照CNC裝置120(參照圖9)的指令控制第二圓模軸32。
在第一模移動支承座4與第一模移動座6外周的四角配置著軸固定部41。在軸固定部41上固定著4個連結軸40的一端。4個連結軸40相互平行地被配置，且與第一導軌3及第二導軌26相互平行被配置。在4個連結軸40上，在第二模移動座25的外周的四角配置導向部42，通過組裝進該導向部42的軸承可自由移動地支承第二模移動座25。[模進給裝置49]圖6是表示模進給裝置的概略機構的滾軋機的概略俯視圖。由以上說明可知，第二模移動座25由第二導軌26和4個連結軸導向，可作相對第一模移動座6接近、或離開的移動。連結軸40的另一端連結固定于壓力板45上。在壓力板45上固定著由液壓缸構成的液壓缸50。液壓缸50具有可高精度控制活塞的伸長位置的伺服閥。作為液壓缸50的輸出軸的活塞桿51的前端固定于第二模移動座25的背面52上。
當向液壓缸50導入液壓進行驅動，活塞桿51伸長。由于液壓缸50與壓力板45相固定、且壓力板45與第一模移動座6由連結軸40相互連結起來，故由于活塞桿51的伸長，第一模移動座6與第二模移動座25相互接近。
如圖6所示，向著與第二模移動座25的移動方向相同方向配置著齒條91。該齒條91的一端固定于第二模移動座25。在壓力板45上固定齒條90的一端。齒條90與齒條91相互平行配置。
齒條90與齒條91與小齒輪93嚙合。小齒輪93的齒輪軸94可自由旋轉地設于底座2。其結果，當驅動液壓缸50時，活塞桿51伸長。由于液壓缸50與壓力板45相固定，且壓力板45與第一模移動座6由連結軸40相互連結起來，故可由活塞桿51的伸長使第一模移動座6與第二模移動座25相互接近或離開。
這時，由于齒輪軸94可自由旋轉地支承于底座2上，雖進行旋轉但不移動。其結果，第一模移動座6與第二模移動座25間的間隔中心位置經(jīng)常位于底座2上的一定位置。如使工件(工作物)的中心軸線與該一定位置相一致，在提高工件加工精度的同時，向滾軋機1供給或排出工件等變?nèi)菀住?br> 第一模移動座6與第二模移動座25間的間隔，由后述的配置于第二模移動座25的移動座間隔計量裝置進行計量。移動座間隔計量裝置由固定于第二模移動座25上部的直線標尺111、用于讀取直線標尺111的磁刻度的傳感器(圖中未示出)、和固定傳感器的棒狀傳感器座110等構成(參照圖4)。
傳感器座110的一端固定于第一模移動座6。從而，若第一模移動座6與第二模移動座25相對移動，傳感器讀取直線標尺111的磁刻度，可讀取其間的間隔，。以上這樣的滾軋機1的第一圓模軸11與第二圓模軸32的旋轉驅動和各滾軋模的移動，由后述的CNC裝置120同步控制或非同步控制。[工作進給裝置59]
圖7是支承輸送作為工作物的工件W的工件進給裝置59的側視圖。在前述第一圓模軸11與第二圓模軸32上以鍵固定著第一滾軋模100與第二滾軋模101。在基板61上由螺栓固定著一條直線導軌58。2臺直線滑塊57可自由移動地搭載于直線導軌58上。
在2個直線滑塊57的兩側面分別掛設工件長度調(diào)整板89，由螺栓將其相互連結固定。另外，在工作長度調(diào)整板89的上面上分別由螺栓固定著滑動壓板54。在2塊滑動壓板54間，由其導向可自由滑動地設滑動板55。由滑動壓板54導向而移動的滑動板55的移動范圍僅是滾軋加工中移動而被設定的移動范圍。
其結果，由直線滑塊57、工件長度調(diào)整板89、滑動壓板54與滑動板55構成了進給臺53。在滑動板55的上面固定著頂尖座60。可自由旋轉地支承著蝸桿坯料或工件W的頂尖62插入固定于該頂尖座60。在頂尖座60上由螺栓64固定著決定滑動板55的移動范圍的傳感器夾頭63。用于檢測傳感器夾頭63的移動的前進位置檢測傳感器79固定于基板61上。
在滑動板55上，與頂尖座60相對地配置固定著裝夾座65。在裝夾座65上設頂尖支承軸67，在該頂尖支承軸67上通過軸承68可自由旋轉地支承旋轉頂尖66。另一方面，在裝夾座65的背面由螺栓70固定著用于在軸線方向上可自由移動地驅動頂尖支承軸67的裝夾用氣缸69。以空氣壓力作動的裝夾用氣缸69的活塞桿與頂尖支承軸67連結。
從而，當使裝夾用氣缸69作動時，頂尖支承軸67與旋轉頂尖66被驅動沿軸線方向伸展出或收縮，可將坯料或工件W安裝于旋轉頂尖66與頂尖62間，或從其間取下。在直線滑塊57上固定著螺母72。在螺母72中擰入進給螺桿73。進給螺桿73的一端通過作為旋轉接頭的聯(lián)軸節(jié)74連結于伺服馬達76的輸出軸77。
從而，當驅動伺服馬達76時，進給螺桿73被驅動旋轉，進給臺53在直線導軌58上移動，其位置被控制。在裝夾座65上，以螺栓78固定著傳感器夾頭71。用以檢測傳感器夾頭71的移動的后退位置檢測傳感器75固定在基板61上。從而，由前進位置檢測傳感器79檢測工件W的前進位置，由后退位置檢測傳感器75檢測工件W的后退位置。
在裝夾座65的側面上配置固定著作為磁標尺的直線標尺99。直線標尺99的移動由被固定的讀取裝置(圖中未示出)讀取，檢測其移動。從而，通過檢測該直線標尺99的移動即可檢測出工件W的移動。
當進行滾軋加工時，作為前述的蝸桿的工件W的升角變化成了誤差。若沒有這種誤差，工件W如后所述地在理論上不會沿軸線方向移動。這種誤差是作為工件沿軸向移動間距量而產(chǎn)生。直線標尺99的移動由傳感器讀取，這些數(shù)據(jù)由間距檢測程序160(參照圖9)計算其間距量。
即，在工件W上滾軋螺旋槽的情況下，向著工件W一點一點地相互接近地壓入第一滾軋模100與第二滾軋模101，工件W的螺旋溝的谷徑變小。因此，在壓入完畢時與壓入工件W開始時相比，工件W的谷部圓周長度變短。換言之，工件W的圓周長度與節(jié)距的關系在滾軋開始時與滾軋加工結束時是不同的。
工件W的圓周長度，假定壓入開始時的圓周長為L，蝸桿的螺旋升角(螺旋角)B是一定的，從幾何學上來說，在壓入結束時，圓周長L只變短與直徑變小對應的量。但是，在現(xiàn)有的滾軋機中，在該壓入動作中，圓模的升角(螺旋角)B是不變的。因此，在壓入開始時的工件W的節(jié)距P與壓入結束時的工件W的節(jié)距P1間產(chǎn)生了節(jié)距偏差δP。
由于這種節(jié)距偏差δP使得在滾軋中產(chǎn)生工件W在其中心軸線方向的移動現(xiàn)象。這種滾軋中工件W的移動現(xiàn)象叫工件W的貫穿進給。特別是，在外徑與谷徑都比較大的蝸桿、螺紋那樣的工件W的情況下，這種現(xiàn)象尤為顯著。如發(fā)生貫穿進給，由貫穿進給引起的工件W的移動方向的蝸桿、螺紋齒的側面與作為圓模的第一滾軋模100及第二滾軋模101強力接觸。其結果，作為被滾軋加工的加工零件的加工精度的形狀精度變差。
前述的第一主軸傾斜機構及第二主軸傾斜機構是用于防止影響于蝸桿、螺紋一類制品的開頭精度間距的機構，在壓入中由工件的圓周長度對螺旋升角進行補償。而且，由補償加工出來的工件的升角有變化，但由于是微量，對形狀精度沒有大的影響，與不進行補償?shù)那闆r下相比，可使誤差變小而充分地收在公差范圍內(nèi)。[CNC裝置120]圖9是表示CNC裝置120、與各控制馬達等的構成的方塊圖。CNC裝置120可使用NC專用機、或個人用小型計算機(以下叫電腦)的擴展槽上裝備上進行伺服馬達控制、程序控制等的NC盤等、具有數(shù)值控制功能與電腦功能的所謂電腦NC裝置。在CNC裝置120上設置作為進行各種數(shù)據(jù)處理的信息處理裝置的CPU121，在CPU121上，通過總線122連接著作為主存儲裝置的閃速存儲器123及RAM124。
CPU121遵從存儲于閃速存儲器的系統(tǒng)程序與數(shù)據(jù)、和載于(讀入存儲器中)RAM124中的程序與數(shù)據(jù)進行動作。這樣，作為載入RAM124中的程序，有作為基本程序的OS(操作系統(tǒng))、根據(jù)有眾多NC指令的各NC指令進行處理的NC指令處理程序、工具與工作物數(shù)據(jù)設定程序、測量尺寸運算程序125、傾斜角度運算程序126、測量數(shù)據(jù)設定程序127、貫穿進給量檢測程序160、以及對顯示部130進行文字與圖形的顯示的顯示控制程序等。
測量尺寸運算程序125是由以傳感器讀取直線標尺111的第一滾軋模100與第二滾軋模101的間隔、檢測器134、檢測器137等的數(shù)據(jù)，時時刻刻地運算用于決定進行滾軋加工的壓入速度的程序。該運算結果由NC加工程序存儲器129中的NC加工程序指令于模間隔控制部150而被執(zhí)行。
傾斜角度運算程序126B是用于從貫穿進給量檢測程序160中測量的貫穿進給量、和測量尺寸運算程序125中計算的第一滾軋模100及第二滾軋模101的間隔等時時刻刻地運算第一主軸傾斜機構及第二主軸傾斜機構的傾斜角度的程序。該運算結果，由NC加工程序存儲器129中的NC加工程序指令于第一主軸傾斜機構的傾斜控制部140和第二主軸傾斜機構的傾斜控制部145。測量數(shù)據(jù)設定程序127是將用于設定第一滾軋模100及第二滾軋模101的尺寸、工件W的尺寸等的設定數(shù)據(jù)存儲于存儲器中的程序。
貫穿進給量檢測程序160是用于從讀取直線標尺99得到的數(shù)據(jù)計測貫穿進給量的程序。在CPU121上通過總線122連接著參數(shù)存儲器128。在參數(shù)存儲器128中存儲著滾軋加工需要的各種參數(shù)。參數(shù)存儲器128通過使用不揮發(fā)存儲器，在即使斷了CNC裝置120的電源的情況下仍能保持存儲內(nèi)容。
另外，在CPU121中通過總線122連接著NC加工程序存儲器129等。在NC加工程序存儲器129中存儲著依次控制下述參數(shù)并進行滾軋加工的NC加工程序；這些參數(shù)是工件W到加工位置或待避位置的移動，加工工件時的第一滾軋模100及第二滾軋模101的旋轉速度·旋轉量，第一主軸傾斜機構與第二主軸傾斜機構的傾斜角度、兩模的間隔等。NC加工程序是操作者根據(jù)工件W的種類、材質、形狀控制加工條件、各模的旋轉速度、移動速度、進給量等的程序。
另外，在CPU121上通過總線122連接著輸入輸出機器。作為輸入輸出機器，顯示文字與圖形的顯示部130、用于操作者輸入數(shù)據(jù)的輸入部131通過接口回路連接于總線122。作為顯示部130可使用CRT、EL顯示板、或液晶顯示器等；作為輸入部131，可使用鍵盤、和顯示部130一體組合起來的觸模板等。
還有，在CPU121上也可以通過總線122連接作為輔助存儲裝置的固定盤裝置。這時，在固定盤裝置中存儲著要由CPU121執(zhí)行的各種程序等，也可適當?shù)貙⑦@些程序等從固定盤裝置轉載于RAM124或NC加工程序存儲器129。
CNC裝置120，通過第一滾軋模100的主軸旋轉控制部132、放大器133連接到驅動第一滾軋模100旋轉的伺服馬達17。伺服馬達17的轉速通過檢測器134返饋到放大器133，維持規(guī)定的旋轉速度。從而，第一滾軋模100的繞軸的角度位置從檢測器134返饋到主軸旋轉控制部132，可將第一滾軋模100控制到所期望的旋轉速度、角度位置。
同樣，CNC裝置120，通過第二滾軋模101的旋轉控制部135、放大器136連接于驅動第一滾軋模100旋轉的伺服馬達38。伺服馬達38的旋轉速度，通過檢測器137反饋到放大器136，控制為規(guī)定的旋轉速度。從而，第二滾軋模101的繞軸的角度位置從檢測器137反饋到主軸旋轉控制部132，將第二滾軋模101控制到所希望的旋轉速度和角度位置。
再者，CNC裝置120連接于用于使第一滾軋模100及第二滾軋模101傾斜的第一主軸傾斜機構的伺服馬達142和第二主軸傾斜機構的伺服馬達147，分別進行控制。即，CNC裝置120，通過第一滾軋模100的傾斜控制部140、放大器141連接于控制第一滾軋模100的轉動的伺服馬達142。伺服馬達142的旋轉通過檢測器143反饋到放大器141，維持規(guī)定的傾斜角度。從而，使第一滾軋模100傾斜的轉動角度位置，從檢測器143反饋到傾斜控制部140，可將使第一滾軋模100定位到為了傾斜的所希望的轉動角度位置。
同樣，CNC裝置120通過第二滾軋模101的傾斜控制部145、放大器146連接于控制使第二滾軋模101傾斜的轉動角度位置的伺服馬達147。伺服馬達147的旋轉通過檢測器148反饋到放大器146，控制為規(guī)定的傾斜角度。從而，第二滾軋模101的轉動角度位置從檢測器148反饋到傾斜控制部145，可將使第二滾軋模101定位到為了傾斜所希望的轉角位置。
另外，CNC裝置120由對液壓缸50的伺服閥152的閥開閉的開關控制來控制第一滾軋模100與第二滾軋模101間的間隔。為此，CNC裝置120通過模間隔控制部150、放大器151連接于控制液壓缸50的伺服閥152。在本例中，這種定位精度，在100 4N負荷下4～5μm左右。
CNC裝置120通過工件進給裝置50的定位控制部153、放大器154連接于控制工件W的位置的伺服馬達76。伺服馬達76的旋轉通過檢測器155反饋到放大器154，從而進給到規(guī)定的滾軋開始位置。后退位置檢測傳感器75用來檢測滾軋工件W時的最大后退位置。前進位置檢測傳感器79用來檢測滾軋工件W時的最大前進位置。以上說明的各驅動軸除了第一滾軋模100與第二滾軋模101是同步旋轉以外都是獨立控制的。但是，在控制功能力有余力時，也可同步控制。
在頂尖座60的側面上如前所述配置了直線標尺99。貫穿進給量檢測程序160是由讀取直線標尺99的值進行滾軋加工開始以后的貫穿進給量的運算的程序。貫穿進給量檢測程序160在將工件W夾于頂尖座60與裝夾座65間的狀態(tài)下，且運算滾軋開始以后的工件W的貫穿進給量。[蝸桿的滾軋加工方法]在以上這樣的滾軋機1及工件進給裝置中，可以以在車輛電動式動力轉向裝置的助力用的蝸桿機構中使用的蝸桿為例，說明其滾軋加工方法。圖8(a)是在包含蝸桿中心線的面剖切時的蝸桿齒的剖面圖。該蝸桿80如從包含節(jié)線的剖面81的圓周位置看，與通常的蝸桿相比，齒厚82形成得比齒槽83要薄。
原因是，由于與該蝸桿80相嚙合的蝸輪(圖中未示出)由合成樹脂制，機械強度低，故蝸桿齒厚做得較厚的緣故。齒根從斷面看2個螺旋狀傾斜面84交叉地形成為角度α。在本例中，角度α為150℃。在本發(fā)明的蝸桿滾軋加工方法中，節(jié)圓是18-20mm、模數(shù)為1.5～2.0、蝸桿的頭數(shù)為2或3的情況下，如果采用機械構造用碳素鋼(比如S45C等)，從圓滑塑性流動的觀點出發(fā)，角度α最好是120°～150°。另外，齒高在6mm以內(nèi)，齒谷直徑最好10mm以上。如出這個數(shù)值范圍，就可能發(fā)生原材料從表面剝離的現(xiàn)象等。
以角度α相交叉的2個傾斜面84相交叉，在齒根的中間形成最小直徑。在齒面88與傾斜面84間以曲面85相連接。在兩傾斜面84、即圓錐面間也以曲面86相連接。前述形式的蝸桿的曲面86從圓滑塑性流動的角度出發(fā)最好是在斷面上半徑為1.0～1.5mm。該齒根如從工具側看有錐狀凸部，容易產(chǎn)生均勻塑性流動、滾軋圓滑。即，由于齒根是2個作為圓錐面的傾斜面84交叉的形狀，即前端有角度的形狀，故在前端部兩面分配的金屬容易產(chǎn)生均等的塑性流動。
圖8(b)是與圖8(a)的齒槽形狀不同的另一種蝸桿齒的斷面圖。圖8(b)所示的齒溝83的齒根87是斷面形成半徑R1的圓弧的形狀。圖8(b)所示的齒根87的形狀，由于形成了齒根87為圓弧、滾軋模側是凸狀的圓弧，與圖8(a)的齒根形狀相比，有著更容易產(chǎn)生原材料的自然塑性流動的優(yōu)點。用機械構造用碳素鋼制造齒根87的半徑R1，從圓滑塑性流動的觀點出發(fā)最好是在斷面上其半徑為1.0～1.5mm。
圖10(a)～圖12(f)示出了蝸桿滾軋加工的工程順序。在實心圓筒狀的工件W的坯件M的裝夾位置，使裝夾用空壓缸69作動，將坯件M夾持于頂尖62與旋轉頂尖66間。在停止第一滾軋模100與第二滾軋模101的旋轉中，起動伺服馬達76，使進給螺桿73旋轉來驅動滑動板55，進給到第一滾軋模100與第二滾軋模101側[參照圖10(a)]，再進給到加工開始位置[參照圖10(b)]。
將第一滾軋模100與第二滾軋模101定位于規(guī)定位置。再將第一滾軋模100與第二滾軋模101起動并使其向同一旋轉方向旋轉，且使其相互同步旋轉。一邊使第一滾軋模100與第二滾軋模101相互同步旋轉，一邊驅動液壓缸50進行壓入而使其相互接近。由此壓入而開始滾軋加工。
這時，在要加工的蝸桿的升角(通常是指節(jié)距點的升角)強、精加工直徑與坯件直徑的差大時，在滾軋開始位置與滾軋結束位置間的滾軋進行中升角變化，成為誤差。這種誤差即是前述的貫穿進給。當滾軋加工開始時，產(chǎn)生貫穿進給、滑動板55移動。滑動板55由于可在進給臺53上自由滑動，滾軋中的工件W即使控制使第一滾軋模100與第二滾軋模嚴格同步旋轉，由于第一滾軋模100及第二滾軋模101的螺旋升角一定，僅以前述的蝸桿升角和相應于該轉速的移動量、即貫穿進給量在其軸線行方向進行移動。
在滾軋加工進行中，滑動板55如由貫穿進給以規(guī)定的量被輸送，可由前進位置檢測傳感器79檢測出傳感器夾頭63的位置?；蛘咭部梢杂芍本€標尺99檢測由貫穿進給帶來的工件W的前進位置。一檢測到這些，第一滾軋模100與第二滾軋模101停止旋轉，停止由液壓缸50進行的壓入動作。再后，第一滾軋模100與第二滾軋模101相互向著與壓入方向相反的方向后退。在本例中，后退約0.05～0.2mm左右，即后退到除去滾軋壓接壓力的程度后進行解除。
這種后退，是使坯料M的彈性變形與滾軋機的機械系統(tǒng)的彈性變形釋放出來，使得第一滾軋模100與第二滾軋模101和坯料M不相接觸的后退動作(以下，也稱為“回彈)。而后，第一滾軋模100與第二滾軋模101再次壓入(切入動作)到滾軋加工位置，開始逆旋轉[參照圖11(d)]。壓入(切入動作)按前述的形式的蝸桿，采取分5～30個階段分階段地一邊使其變化一邊切入的方法。如后所述，可根據(jù)需要在本階段間斷進入后述的“暫?！眮磉M行滾軋。
由這種逆旋轉進行的滾軋加工，也可補償由貫穿進給引起的加工誤差。關于這種誤差補償原理的詳細機理還不清楚，但推想可能由于工件W與模接觸的均勻化。由這種滾軋加工，由第一滾軋模100與第二滾軋模101的導程，工件W沿與前述的滾軋相反的方向的軸向移動，可由后退位置檢測傳感器75檢測傳感器夾頭71?；蛘撸部梢杂芍本€標尺99來檢測由貫穿進給引起的工件W的后退位置。
其次，使第一滾軋模100與第二滾軋模101停轉，并驅動液壓缸50，將第一滾軋模100與第二滾軋模101從工件W引離、后退到退避位置[見圖12(e)]。起動伺服馬達76，使進給螺桿73反轉來驅動進給臺53，向著離開第一滾軋模100與第二滾軋模101的方向后退，一直后退到原加工開始位置[參照圖10(f)]，以后反復進行同樣的工序進行滾軋。在加工前述形式的蝸桿時第一滾軋模100及第2滾軋模101轉速為10～40轉/分，正轉/反轉的次數(shù)按15～50次反復進行。
如開始第一滾軋模100與第二滾軋模101對坯料M的滾軋，與坯料M的接觸在坯料M的整個外周位置是不均勻的。即，蝸桿通常形成2條或3條齒，但同時與其相嚙合的第一滾軋模100及第二滾軋模101的齒的組數(shù)在外周的角度位置是不同的。換言之，由于第一滾軋模100與第二滾軋模101推壓坯料M的外周的壓力為一定，塑性流動在外周的角度位置不同，在2條齒的情況下，斷面形狀易形成為橢圓形，3條齒的情況下容易形成大致三角形。
為修正這種形狀，在使液壓缸50的壓入動作(進給動作)停止，并使第一滾軋模100及第二滾軋模101相互接近動作形成的壓入動作停止狀態(tài)(暫停)，如進行正轉/反轉的次數(shù)為2～5次的滾軋，前述的斷面形狀想要成為橢圓形、大致三角形的節(jié)圓筒直徑、外徑被滾軋成真圓。由這種滾軋方法，在加工前述形式的蝸桿、而不加入前述暫停工序時，成為節(jié)圓筒直徑、外徑的誤差為0.2～0.3mm的異形，滾軋誤差可在0.02mm以內(nèi)。這種2～3次的暫停動作，可在壓入(切入動作)的任何一階段間斷地加入來進行滾軋加工。
(蝸桿滾軋加工方法2)前述蝸桿滾軋加工方法1中，是由使第一滾軋模100與第二滾軋模101逆轉來補償由工件的貫穿進給引起的誤差。但是，也可由傾斜角度運算程序126的運算結果控制伺服馬達142、伺服馬達147，控制第一滾軋模100及第二滾軋模101的傾斜，進行貫穿進給的補償。這樣也可以是控制為不產(chǎn)生貫穿進給、或貫穿進給量在一定值以下地來進行滾軋的方法。
本發(fā)明不限于前述汽車的電動式動力轉向裝置中使用的蝸桿與其滾軋加工方法，也可適用其他工業(yè)機械、民用機械用的作為動力傳遞用的金屬制蝸桿及其滾軋加工方法。
權利要求
1.一種蝸桿滾軋加工方法，用于這種蝸桿滾軋加工方法的滾軋機具有用于以圓筒狀坯料為中心配置來進行滾軋加工的多個圓筒狀模，用于驅動前述模旋轉的模旋轉驅動裝置，用于可自由旋轉地支承前述坯料的坯料支承裝置，用于使前述模相互接近地進行壓入的壓入裝置，其特征在于，交替地反復第一、第二工序來進行蝸桿滾軋加工在上述第一工序中一邊使前述模向同一方向同步旋轉、一邊朝向前述坯料相互壓入進給進行滾軋加工；在上述第二工序中在前述第一工序結束后，使前述模的旋轉方向反轉，對前述環(huán)料進行滾軋加工。
2.按權利要求1所記述的蝸桿滾軋加工方法，其特征在于，將前述模向與前述壓入進給方向相反的方向待避后，進行前述第二工序。
3.按權利要求1或2所記述的蝸桿滾軋加工方法，其特征在于，在停止前述壓入進給前述模的狀態(tài)，交替地進行前述第一工序與第二工序，進行前述蝸桿滾軋加工。
4.按權利要求1或2所記述的蝸桿滾軋加工方法，其特征在于，前述滾軋機的前述模配置于4根導向件的大致中心，且由旋轉軸線平行配置的2臺構成。
5.按權利要求1或2所記述的蝸桿滾軋加工方法，其特征在于，在前述滾軋加工中，隨著前述坯料的直徑的變化前述蝸桿的升角變化，從前述坯料的移動檢測前述蝸桿在軸線方向的移動的貫穿進給的產(chǎn)生；在前述移動超過設定的范圍時，使前述模的旋轉方向反轉使前述貫穿進給的方向成為反方向。
6.按權利要求4所記述的蝸桿滾軋加工方法，其特征在于，前述滾軋機具有以與前述模的旋轉軸線正交的軸線為中心旋轉的主軸傾斜裝置；在前述滾軋加工中，由于前述坯料的直徑的變化，升角變化，檢測前述坯料在軸線方向移動的貫穿進給，運算出前述主軸傾斜裝置的補償轉動角度，用以消除貫穿進給；以前述主軸傾斜裝置使前述模僅旋轉前述補償轉動角度量，以消除前述貫穿進給。
7.一種蝸桿，這種蝸桿是由具有下述部件的滾軋機的蝸桿滾軋加工方法滾軋加工的，上述部件是以圓筒狀坯料為中心配置用于滾軋加工的多個圓筒狀模，用于相互同步驅動前述模旋轉的模旋轉驅動裝置，用于可自由旋轉地支承前述坯料的坯料支承裝置；用于使前述模相互接近進行壓入的壓入裝置；其特征在于，前述蝸桿齒間的齒根形狀是形成在包含前述蝸桿軸線的斷面內(nèi)形成圓弧的頂部的形狀。
8.一種蝸桿，這種蝸桿是由具有下述部件的滾軋機的蝸桿滾軋加工方法滾軋加工的，上述部件是以圓筒狀坯料為中心配置用于滾軋加工的多個圓筒狀模，用于相互同步驅動前述模旋轉的模旋轉驅動裝置，用于可自由旋轉地支承前述坯料的坯料支承裝置，用于使前述模相互接近地進行壓入的壓入裝置；其特征在于，前述蝸桿齒間的齒根形狀是在包含前述蝸桿軸線的斷面內(nèi)形成圓弧的形狀。
9.按權利要求7或8所記述的蝸桿，其特征在于，前述滾軋機的前述模配置于4根導向件的大致中心、且由旋轉軸線被平行配置的2臺構成。
10.按權利要求7或8所記述的蝸桿，其特征在于，前述滾軋機具有以與前述模的旋轉軸線正交的軸線為中心旋轉的主軸傾斜裝置。
11.按權利要求7或8所記述的蝸桿，其特征在于，前述蝸桿在包含前述蝸桿軸線的斷面中，前述蝸桿的齒厚比齒根的間隔小。
全文摘要
為充分確保齒輪精度并減少加工工序以滾軋加工蝸桿，由第一滾軋模(100)與第二滾軋模(101)的旋轉、和進給工件坯料的伺服馬達(76)將工件坯料定位于滾軋模間。在蝸桿升角大、精加工直徑與坯料直徑的差大時，在滾軋加工進行中升角變化而產(chǎn)生貫穿進給。滑動板(55)由于自由滑動于進給臺(53)上，在由第一滾軋模(100)、第二滾軋模(101)與工件的升角產(chǎn)生了貫穿進給的情況下，滑動臺(55)自由滑動、由檢測傳感器檢測。第一滾軋模(100)與第二滾軋模(101)的旋轉停止。與第一滾軋模(100)和第二滾軋模(101)開始反轉同時，滑板(55)也開始反向運動、開始滾軋。而后，反復進行同樣的加工來進行滾軋加工。
文檔編號F16H55/02GK1463210SQ02802147
公開日2003年12月24日 申請日期2002年6月20日 優(yōu)先權日2001年6月21日
發(fā)明者新仏利仲, 吉澤稔, 天野秀一, 伊藤健治 申請人:株式會社日精