JP2016055416A - Method for grinding thread groove and ball screw - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ボールねじ用ねじ軸やナットのねじ溝を研削する方法と、この研削方法によってねじ溝が研削されたねじ軸やナットを備えたボールねじとに関する。 The present invention relates to a method for grinding a screw shaft for a ball screw and a screw groove of a nut, and a ball screw including a screw shaft and a nut whose screw groove is ground by this grinding method.
ボールねじは、産業機械やロボットなどに用いられる駆動系の機械要素部品であり、外周面にねじ溝を有するねじ軸と、内周面にねじ溝を有するナットと、ねじ軸側のねじ溝とナット側のねじ軸とからなる転走路に収容された多数のボール（鋼球など）とを備えている。ボールねじでは、ねじ軸が回転するとボールを介してねじ軸に螺合したナットが直進運動し、ナットが固着された被駆動部材を所定の方向に往復運動させる。 A ball screw is a mechanical element part of a drive system used for industrial machines, robots, etc., and includes a screw shaft having a screw groove on the outer peripheral surface, a nut having a screw groove on the inner peripheral surface, and a screw groove on the screw shaft side. It has a large number of balls (steel balls, etc.) accommodated in a rolling path consisting of a screw shaft on the nut side. In the ball screw, when the screw shaft rotates, the nut screwed to the screw shaft via the ball moves straight, and the driven member to which the nut is fixed reciprocates in a predetermined direction.
通常、ボールねじ用ねじ軸のねじ溝は研削あるいは転造によって形成され、ボールねじ用ナットのねじ溝は研削によって形成される。ワーク（ねじ軸やナット）のねじ溝を研削する場合、外周がねじ溝の断面形状に形成された円板状の回転砥石をワークの軸線に対してリード角だけ傾けてセットし、ワークを所定の回転速度で回転させながら１回転で１リード分だけ軸方向に送り、所定の回転速度で回転する回転砥石によってねじ溝を研削する（特許文献１，２参照）。
Usually, the thread groove of the ball screw screw shaft is formed by grinding or rolling, and the thread groove of the ball screw nut is formed by grinding. When grinding the thread groove of a workpiece (screw shaft or nut), set the disk-shaped rotating grindstone whose outer periphery is formed in the cross-sectional shape of the thread groove by tilting the lead axis with respect to the workpiece axis, While rotating at a rotational speed of 1, the screw groove is ground by a rotating grindstone that is fed in the axial direction for one lead per rotation and rotated at a predetermined rotational speed (see
特許文献１の研削方法では、ワークの回転速度ｎと回転砥石の回転速度Ｎとがともに一定であるため、ワークや回転砥石の芯ぶれに起因して、Ｎ／ｎで示される角数を持った一定間隔の加工うねりがねじ溝の内面に発生してしまうことが避けられなかった。このようなねじ軸やナットが組み込まれたボールねじでは、加工うねりの上をボールが通過することでねじ軸の回転に比例した特定周波数の騒音や振動が発生する。さらに、加工うねりの山数とボールの数が同数の場合には、同期する機会が増加し、より大きな騒音や振動が発生する。そして、機械の機台やカバー等がこの特定周波数と同一の固有振動数を有していた場合には、共振によって更に大きな異常振動や異音が発生して円滑な作動が阻害されることになる。
In the grinding method of
そこで、特許文献２の研削方法では、ねじ溝の研削途中でワークの回転速度を段階的に変化させることで加工うねりの周期性を無くしている。
Therefore, in the grinding method of
しかしながら、特許文献２の研削方法においては、ねじ溝のリードが変動しないように回転速度の変化に応じてワークの軸方向送りを変化させる必要があり、回転速度の段階的な変化に対応させてワークの軸方向送りを段階的に変化させることは非常に難しく、回転速度の変化点におけるねじ溝のリード誤差を無くすことができなかった。
However, in the grinding method of
また、特許文献２には、ワークの回転速度を無段階に変化させてもよい旨が記載されているが、その具体的な手法は開示されていない。ワークの回転速度を無段階に変化させる場合においても、増速から減速に変化する際または減速から増速に変化する際に急激な回転速度の変化を伴うと、ワークを軸方向に送る制御が非常に難しくなってリード誤差が生じる問題があった。
さらに、ねじ軸とボールの表面粗さや形状によっては、ボールねじの稼働中に同期して、騒音や振動が増大するおそれがあった。 Furthermore, depending on the surface roughness and shape of the screw shaft and the ball, noise and vibration may increase in synchronization with the operation of the ball screw.
上記問題に鑑みて、本発明は、リード誤差の発生を防止しながら、ねじ溝の加工うねりに起因する騒音や振動の発生を抑制するねじ溝研削方法およびボールねじを提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a thread groove grinding method and a ball screw that prevent generation of noise and vibration caused by processing undulation of a thread groove while preventing occurrence of a lead error. .
上記課題を解決するため、本発明は、ボールねじを構成するねじ軸またはナットの半製品をワークとし、当該ワークを回転させながら軸方向に送り、当該ワークに形成されたねじ溝を回転砥石によって研削する方法であって、
前記ワークの回転角に応じて前記ワークの回転速度を基準回転速度から所定の変化幅内でサインカーブをもって変化させ、当該ワークの軸方向送り速度を当該回転速度に比例して変化させることを特徴とするねじ溝研削方法を提供する。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention uses a semi-finished product of a screw shaft or a nut constituting a ball screw as a workpiece, feeds the workpiece in the axial direction while rotating the workpiece, and the screw groove formed in the workpiece is rotated by a rotating grindstone. A grinding method,
According to the rotation angle of the workpiece, the rotation speed of the workpiece is changed with a sine curve within a predetermined change range from the reference rotation speed, and the axial feed speed of the workpiece is changed in proportion to the rotation speed. A thread groove grinding method is provided.
好ましくは、前記研削を複数のパスで行い、パスごとに前記サインカーブの位相をずらす。 Preferably, the grinding is performed in a plurality of passes, and the phase of the sine curve is shifted for each pass.
また、好ましくは、前記研削を３以上のパスで行い、パスごとに前記サインカーブの位相をずらし、
位相をずらすごとに当該位相のずれ量を異ならせる。
Preferably, the grinding is performed in three or more passes, and the phase of the sine curve is shifted for each pass,
Every time the phase is shifted, the amount of phase shift is varied.
また、好ましくは、前記サインカーブの周期は、前記ワークが１回転する時間よりも短い。 Preferably, the period of the sine curve is shorter than the time for which the work rotates once.
また、好ましくは、前記研削により、ねじ溝の加工うねりの高さを、前記ねじ軸と前記ナット側のねじ溝との間に介装されるボールの直径の１／１０００以下とする。 Further, preferably, the height of the processing undulation of the screw groove is set to 1/1000 or less of the diameter of the ball interposed between the screw shaft and the screw groove on the nut side by the grinding.
また、好ましくは、前記基準回転速度に対する前記回転速度の変化は、増速側および減速側のそれぞれに前記基準回転速度の１／２未満に設定されている。 Preferably, the change in the rotation speed with respect to the reference rotation speed is set to be less than ½ of the reference rotation speed on each of the acceleration side and the deceleration side.
また、上記課題を解決するため、ねじ軸とナットとの少なくとも一方のねじ溝が上記のねじ溝研削方法によって研削されたことを特徴とするボールねじを提供する。 In order to solve the above problems, a ball screw is provided in which at least one thread groove of a screw shaft and a nut is ground by the above thread groove grinding method.
また、上記課題を解決するため、本発明は、外周に螺旋状の第１のねじ溝が形成された円柱状のねじ軸と、
円筒状をして、内周面に螺旋状の第２のねじ溝が形成され、前記第１のねじ溝と前記第２のねじ溝との間に転動体を介し、前記ねじ軸に対して螺旋運動を可能に外嵌したナットと、を有し、
前記第１のねじ溝と前記第２のねじ溝のいずれか、若しくは、その両方が、周方向の位置に応じて加工うねりの間隔が異なることを特徴とするボールねじを提供する。
In order to solve the above problem, the present invention provides a cylindrical screw shaft in which a spiral first screw groove is formed on the outer periphery,
A cylindrical second screw groove is formed on the inner peripheral surface, and a rolling element is interposed between the first screw groove and the second screw groove, and the screw shaft is A nut that is externally fitted to allow spiral movement;
One or both of the first screw groove and the second screw groove, or both of them provide a ball screw characterized in that a processing waviness interval differs depending on a circumferential position.
好ましくは、前記加工うねりの間隔は、周方向の位置に応じて漸次変化している。 Preferably, the interval between the processing undulations gradually changes according to the position in the circumferential direction.
好ましくは、前記加工うねりの間隔は、周方向の位置に応じて漸次広くなった後、漸次狭くなっている。 Preferably, the interval between the processing undulations is gradually increased after being gradually increased according to the circumferential position, and then gradually decreased.
好ましくは、前記加工うねりは、最も間隔が広い部分と最も間隔が狭い部分が、周方向において１８０°離れた位置にある。 Preferably, in the processing waviness, a portion having the widest interval and a portion having the narrowest interval are located at a position 180 ° apart in the circumferential direction.
好ましくは、前記加工うねりの高さは、周方向のいずれの位置においても略同一である。 Preferably, the height of the processing undulation is substantially the same at any position in the circumferential direction.
本発明によれば、リード誤差の発生を防止しながら、ねじ溝の加工うねりに起因する騒音や振動の発生を防止するねじ溝研削方法およびボールねじを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the thread groove grinding method and ball screw which prevent generation | occurrence | production of the noise and the vibration resulting from the processing undulation of a thread groove can be provided, preventing generation | occurrence | production of a lead error.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態のボールねじ１は、所定のリードを有するねじ溝２が外周面に形成されたねじ軸３、ねじ軸３側のねじ溝２に対応するねじ溝４およびボール戻し孔５が形成されたナット６と、ねじ軸３側のねじ溝２とナット６側のねじ溝４との間およびボール戻し孔５に充填された多数個のボール７と、ナット６の軸方向端部に各々保持されたエンドデフレクタ８，９とを構成要素としている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the
ボールねじ１は、電気モータなどの不図示の駆動手段に駆動されてねじ軸３が回転すると、回転を制限されたナット６が軸方向に移動し、ナット６が固定された移動テーブルなどの不図示の被駆動部材がねじ軸３の軸方向に沿って移動する。ボール７は、ねじ軸３側のねじ溝２とナット６側のねじ溝４とによって画成された転走路を転走するとともに、エンドデフレクタ８，９のいずれか一方によって転走路からボール戻し孔５の一端に導入され、他方のエンドデフレクタ８，９によってボール戻し孔５の他端から転走路に戻される。
When the
以下、図２〜図８を参照して、ねじ溝２の研削工程を説明する。図２はねじ軸３のねじ溝２を研削する工程を示す側面図である。また、図３は図２中のIII−III断面図である。ねじ軸３は、図示しない研削装置の主軸に保持され、所定の回転速度ｎで回転駆動される。ねじ溝２にはねじ軸３と同一回転方向に一定の回転速度Ｎで回転する円板状の回転砥石２１が接触しており、この回転砥石２１によってねじ溝２の研削が行われる。回転砥石２１は、ねじ溝２のリード角θだけ傾いた状態でセットされ、ねじ溝２にリード誤差が生じないように、ねじ軸３の回転速度ｎに比例した送り量をもって軸方向に送られる。
Hereinafter, the grinding process of the
本実施形態の場合、ねじ溝２は第１パスＰ１〜第４パスＰ４の４パスで研削されるが、各パスのねじ軸３の回転速度ｎがその回転角Ｐｒに応じて変化する。すなわち、図４に示すように、第１パスＰ１では、ねじ軸３の回転角Ｐｒが０°のときを始点（基準速度ｎｒ）、回転角Ｐｒが３６０°のときを終点とするサインカーブをもって所定の変化幅Ｂｎをもって変化する。また、第２パスＰ２〜第４パスＰ４では、サインカーブの始点をなすねじ軸３の回転角Ｐｒが所定角度（図示例では、３６°）ずつ遅れるように設定されている。そして、変化幅Ｂｎは、基準速度ｎｒの８０％となるように（すなわち、基準速度ｎｒに対する回転速度ｎの変化が増速側および減速側でそれぞれ４０％となるように）設定されている。
In the case of the present embodiment, the
このような手順で研削することにより、第１パスＰ１で形成された加工うねりが後に続くパス（第２パスＰ２〜第４パスＰ４）で順次除去され、最終的な加工うねりはごく小さなものとなる。本実施形態において、最終的な加工うねりの高さ、即ち、ねじ軸３の中心軸線からねじ溝２の表面までの最大半径と最小半径の差は、ボール７の直径Ｄの１／１０００以下となるように設定される。例えば、ボール７の直径Ｄを３．１７５ｍｍとした場合、最終的な加工うねりは３，１７５μｍ以下に設定される。
By grinding in such a procedure, the processing waviness formed in the first pass P1 is sequentially removed in the subsequent passes (second pass P2 to fourth pass P4), and the final processing waviness is very small. Become. In the present embodiment, the height of the final machining undulation, that is, the difference between the maximum radius and the minimum radius from the center axis of the
本実施形態では、上述した構成を採ったことにより、ねじ軸３のねじ溝２における加工うねりの周期性が除去されるとともに、加工うねりの大きさもごく小さく抑えられ、従来装置で問題となっていた異常振動や異音の発生が防止される。また、ねじ軸３の回転速度ｎをサインカーブをもって変化させるようにしたため、増速側と減速側との転換点における回転速度ｎの変化が緩やかになり、回転砥石２１の軸方向送り制御が容易となってリード誤差の発生も効果的に抑制される。
In the present embodiment, by adopting the above-described configuration, the periodicity of the machining undulation in the
図５はねじ溝の加工うねりの変化を示すねじ軸３の模式図である。ねじ軸３の周方向の位置に応じた加工うねりの間隔を示している。加工うねりの高さは誇張して描いている。図５に示すように、本実施形態の研削方法によって研削されたねじ軸３の加工うねりは、円周方向の位置によって間隔が異なる。図５に示す例では、上側部分において間隔が最も狭く、下側部分において間隔が最も広くなっている。即ち、間隔が最も狭い部分と間隔が最も広い部分とでは１８０°位置が異なっている。また、間隔が最も狭い部分と間隔が最も広い部分との間では間隔が漸次変化している。即ち、間隔が最も狭い部分から間隔が最も広い部分に向かうにつれて間隔は漸次広くなり、間隔が最も広い部分から間隔が最も狭い部分に向かうにつれて間隔は漸次狭くなっている。なお、加工うねりの高さは円周方向のいずれの位置においても略同一である。
FIG. 5 is a schematic diagram of the
図６はねじ溝の各部の加工うねり高さの高速フーリエ変換の解析値を示すグラフである。（ａ）は本発明に係るねじ溝、（ｂ）は従来のねじ溝の解析値を示している。図６（ｂ）に示すように、従来の研削方法で研削した場合、特定の周波数において、加工うねり高さの望ましくないピークが複数存在していた。これに対し、本発明の研削方法を用いたねじ溝においては、図６（ａ）に示すように、ピークが消滅しており、周期的な加工うねり高さの増大が解消されたことが分かる。これにより、振動及び騒音の発生を抑制することができる。 FIG. 6 is a graph showing the analysis value of the fast Fourier transform of the machining waviness height of each part of the thread groove. (A) is the thread groove | channel which concerns on this invention, (b) has shown the analytical value of the conventional thread groove | channel. As shown in FIG. 6B, when grinding is performed by a conventional grinding method, a plurality of undesired peaks of the processing waviness height exist at a specific frequency. On the other hand, in the thread groove using the grinding method of the present invention, as shown in FIG. 6 (a), the peak disappears, and it can be seen that the periodic increase in the waviness height has been eliminated. . Thereby, generation | occurrence | production of a vibration and noise can be suppressed.
図７はボールねじ稼動時の騒音レベルの高速フーリエ変換の解析値を示すグラフである。（ａ）は本発明に係るねじ溝、（ｂ）は従来のねじ溝の解析値を示している。図７（ｂ）に示すように、従来の研削方法で研削した場合、特定の周波数において、騒音レベルの高いピークが複数存在していた。これに対し、本発明の研削方法を用いたねじ溝においては、図７（ａ）に示すように、ピークが消滅しており、騒音の発生が抑制されていることが分かる。 FIG. 7 is a graph showing the analysis value of the fast Fourier transform of the noise level when the ball screw is operating. (A) is the thread groove | channel which concerns on this invention, (b) has shown the analytical value of the conventional thread groove | channel. As shown in FIG. 7B, when grinding was performed by a conventional grinding method, a plurality of peaks having a high noise level existed at a specific frequency. On the other hand, in the thread groove using the grinding method of the present invention, as shown in FIG. 7A, it can be seen that the peak disappears and the generation of noise is suppressed.
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれら実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態は本発明をねじ軸側のねじ溝の研削に適用したものであるが、ナット側のねじ溝の研削にも適用可能である。 This is the end of the description of specific embodiments. However, aspects of the present invention are not limited to these embodiments. For example, although the above embodiment is an application of the present invention to grinding of a screw groove on the screw shaft side, it can also be applied to grinding of a screw groove on the nut side.
また、上記実施形態は、１条のねじ溝を有するねじ軸の研削に本発明を適用したものであるが、２条や３条のねじ溝を有するねじ軸やナットのねじ溝の研削にも適用可能である。 In the above embodiment, the present invention is applied to the grinding of a screw shaft having a single thread groove, but also to the grinding of a screw shaft having two or three thread grooves and a screw groove of a nut. Applicable.
また、パス数は複数であることが好ましいが、４パスに限られず、１〜３パス、又は、５パス以上としても良い。 The number of passes is preferably plural, but is not limited to 4 passes, and may be 1 to 3 passes or 5 passes or more.
上記実施形態ではサインカーブの１周期をねじ軸３の１回転（回転角Ｐｒで３６０°）と一致させ、第２パスＰ２〜第４パスＰ４でねじ軸３の回転角Ｐｒが一定のずれ量により変化するように設定した。しかし、本発明はこれに限られず、例えば、サインカーブの１周期をねじ軸３が１回転する時間より短く、又は、長くすることができる。これにより、周方向の位置による加工うねりの規則性を更に少なくすることができる。例えば、サインカーブの１周期をねじ軸３が３００°回転する時間とすれば、ねじ軸３の１回転ごとに６０°ずつずらすことができる。
In the above-described embodiment, one cycle of the sine curve is made to coincide with one rotation of the screw shaft 3 (360 ° in the rotation angle Pr), and the rotation angle Pr of the
また、第１パスＰ１から第４パスＰ４までのずれ量を第１パスＰ１から第４パスＰ４のそれぞれの間で異ならせても良い。具体的には、図８に示すように、第１パスＰ１から第４パスＰ４にかけて徐々にずれ量が大きくなるように設定することができる。これにより、加工うねりの規則性を更に少なくすることができ、騒音や振動の発生が更に抑制される。 Further, the amount of deviation from the first path P1 to the fourth path P4 may be different between each of the first path P1 to the fourth path P4. Specifically, as shown in FIG. 8, it can be set so that the amount of deviation gradually increases from the first pass P1 to the fourth pass P4. Thereby, the regularity of processing undulation can be further reduced, and the generation of noise and vibration is further suppressed.
その他、ボールねじの具体的構成や形状などについても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 In addition, the specific configuration and shape of the ball screw can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
２ ねじ溝
３ ねじ軸
４ ねじ溝
５ ボール戻し孔
６ ナット
７ ボール
８、９ エンドデフレクタ
２１ 回転砥石
Ｐ１ 第１パス
Ｐ２ 第２パス
Ｐ３ 第３パス
Ｐ４ 第４パス
2
Claims (12)
前記ワークの回転角に応じて前記ワークの回転速度を基準回転速度から所定の変化幅内でサインカーブをもって変化させ、当該ワークの軸方向送り速度を当該回転速度に比例して変化させることを特徴とするねじ溝研削方法。 A semi-finished product of a screw shaft or nut that constitutes a ball screw is used as a work, and the work is rotated in the axial direction, and a thread groove formed in the work is ground by a rotating grindstone,
According to the rotation angle of the workpiece, the rotation speed of the workpiece is changed with a sine curve within a predetermined change range from the reference rotation speed, and the axial feed speed of the workpiece is changed in proportion to the rotation speed. Thread groove grinding method.
位相をずらすごとに当該位相のずれ量を異ならせることを特徴とする請求項１に記載のねじ溝研削方法。 The grinding is performed in three or more passes, and the phase of the sine curve is shifted for each pass,
2. The thread groove grinding method according to claim 1, wherein the phase shift amount is varied every time the phase is shifted.
円筒状をして、内周面に螺旋状の第２のねじ溝が形成され、前記第１のねじ溝と前記第２のねじ溝との間に転動体を介し、前記ねじ軸に対して螺旋運動を可能に外嵌したナットと、を有し、
前記第１のねじ溝と前記第２のねじ溝のいずれか、若しくは、その両方が、周方向の位置に応じて加工うねりの間隔が異なることを特徴とするボールねじ。 A cylindrical screw shaft having a spiral first screw groove formed on the outer periphery;
A cylindrical second screw groove is formed on the inner peripheral surface, and a rolling element is interposed between the first screw groove and the second screw groove, and the screw shaft is A nut that is externally fitted to allow spiral movement;
One or both of the first screw groove and the second screw groove, or both of them, have different processing undulation intervals depending on the circumferential position.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017057264A1 (en) * | 2015-10-02 | 2017-04-06 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Method for producing threaded shaft for power steering device, and power steering device |
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