DE102010020814A1

DE102010020814A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Kugellaufbahnen in einer Spindelmutter für einen Kugelgewindetrieb

Info

Publication number: DE102010020814A1
Application number: DE102010020814A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schmitz; Siegfried Hesse; Hans-Joachim Körner
Original assignee: Thielenhaus Technologies GmbH
Current assignee: Thielenhaus Technologies GmbH
Priority date: 2010-05-18
Filing date: 2010-05-18
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2030-05-19
Also published as: JP2011241983A; JP5798794B2; US20110287695A1; US8647175B2; DE102010020814B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Finishbearbeitung von Kugellaufbahnen in einer Spindelmutter für ein Kugelgewindetrieb. Das zu bearbeitende Werkstück (2) wird um seine Längsachse (3) in reversierende Drehbewegungen versetzt und ein in einem Werkzeughalter (6) eingespanntes Finishwerkzeug (7) wird mit einer zu bearbeitenden Kugellaufbahn (11) in Kontakt gebracht. Der Werkzeughalter (6) führt während der Finishbearbeitung in Abhängigkeit des Drehwinkels der Werkstückdrehung axiale Stellbewegungen parallel zur Längsachse (3) des Werkstückes (2) und oszillierende Drehbewegungen und eine dazu orthogonale Oszillationsachse (10) aus. Dabei wird das Finishwerkzeug (7) im Werkzeughalter (6) in Richtung der axialen Stellbewegung des Werkzeughalters (6) an Federelementen (12) schwimmend gelagert. Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Werkzeughalter (6) zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Finishbearbeitung von Kugellaufbahnen in einer Spindelmutter für einen Kugelgewindetrieb sowie einen Werkzeughalter zur Durchführung des Verfahrens.
Ein Kugelgewindetrieb besteht aus einer Spindel, einer Spindelmutter mit Kugelrückführung sowie Kugeln als Wälzelementen. Der Kugelgewindetrieb dient der Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung oder umgekehrt und findet beispielsweise in Lenksystemen Einsatz. Hier wandelt die Gewindespindel die Rotation eines elektrischen Antriebsmotors mit hoher Präzision in eine lineare Stellbewegung um, wobei kleinste Wege leicht und sicher eingestellt werden können. Die Kugeln stellen in einem Kugelgewindetrieb eine Verbindung zwischen der Spindel und der Spindelmutter her, wobei sie sich in den Laufbahnen der Spindelmutter abwälzen. Die Formgenauigkeit des Laufbahnprofils und die Oberflächengüte wirken sich dabei auf die Laufruhe und die Präzision, mit der Stellbewegungen ausgeführt werden können, aus.
Es sind verschiedene Bauformen von Spindelmuttern bekannt, die sich vornehmlich durch die Art der Kugelrückführung unterscheiden. Eine Kugelrückführung kann in separaten Kugelumlaufrohren erfolgen. Ferner sind Spindelmuttern mit integrierter Kugelrückführung bekannt. Diese weisen auf ihrer Innenfläche Vertiefungen auf, die Gänge für eine Kugelrückführung bilden.
Aus DE 103 33 909 A1 ist eine aus mehreren Segmenten zusammengesetzte Spindelmutter bekannt, die Kugelumlaufbahnen und Vertiefungen für Kugelrückführungen aufweist. Die z. B. durch Kaltumformung gebildeten Laufbahnen werden durch Schleifen nachbearbeitet. Die Formgenauigkeit und die Oberflächengute der nachbearbeiteten Laufbahnen wirken sich auf die Lebensdauer des Kugelgewindetriebs und die Laufruhe des Kugelgewindetriebs aus. Durch das Schleifen der Laufbahn können Welligkeiten nicht beseitigt werden. Bei sehr hohen Anforderungen, z. B. in Lenksystemen, können geschliffene Laufbahnen die gestellten Anforderungen noch nicht in vollem Umfang erfüllen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Finishbearbeitung von Kugellaufbahnen in einer Spindelmutter anzugeben, mit dem es möglich ist, die Laufbahnen so nachzubearbeiten, dass die Laufbahnen sich in dem für die Kraftübertragung des Kugelgewindetriebes maßgebenden Abschnitt durch eine besonders hohe Konturgenauigkeit und Oberflächengüte auszeichnen.
Gegenstand der Erfindung und Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren nach Anspruch 1. Erfindungsgemäß wird die zu bearbeitende Kugellaufbahn einer Spindelmutter durch Honen nachbearbeitet. Hierbei werden reversierende Drehbewegungen des zu bearbeitenden Werkstückes um die Werkstücklängsachse und Oszillationsbewegungen eines in die zu bearbeitende Kugellaufbahn eingreifenden Finishsteins bzw. Finishwerkzeuges überlagert. Nach Maßgabe der Gewindesteigerung der zu bearbeitenden Laufbahn muss das Finishwerkzeug axial nachgeführt werden.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das zu bearbeitende Werkstück um eine Längsachse in reversierende Drehbewegungen versetzt und wird ein in einem Werkzeughalter eingespanntes Finishwerkzeug mit einer zu bearbeitenden Kugellaufbahn in Kontakt gebracht. Dabei führt der Werkzeughalter während der Finishbearbeitung in Abhängigkeit des Drehwinkels der Werkstückdrehung axiale Stellbewegungen parallel zur Längsachse des Werkstückes sowie oszillierende Drehbewegungen um eine dazu orthogonale Oszillationsachse aus. Bei den aufeinander abzustimmenden Bewegungen, nämlich der Drehbewegung des Werkstückes und der translatorischen Bewegung des Werkzeuges, müssen Positionierungenauigkeiten vermieden werden. Um zu verhindern, dass sich Positionierfehler nachteilig auf das Finishergebnis auswirken, wird das Finishwerkzeug im Werkzeughalter in Richtung der axialen Stellbewegung des Werkzeughalters an Federelementen schwimmend gelagert. Die Federelemente sind zweckmäßig so ausgelegt, dass sie eine Bewegung des Finishwerkzeuges innerhalb des Werkzeughalters um bis zu 0,5 mm, vorzugsweise etwa 0,2 mm, zulassen. Als Federelemente werden vorzugsweise Elastomerscheiben verwendet.
Der Andruck des Finishsteins an dem zu bearbeitenden Werkstück kann durch Druckfederelemente aufgebracht werden. Vorzugsweise wird der Andruck des Finishsteins an dem zu bearbeitenden Werkstück jedoch pneumatisch erzeugt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird eingesetzt, um den tragenden Teil einer Kugellaufbahn nachzubearbeiten. Bei der Bearbeitung führt das Werkstück reversierende Drehbewegungen um einen Drehwinkel von vorzugsweise etwa 270° aus. Die Führungsflächen für eine Kugelrückführung bedürfen keiner Nachbearbeitung. Hier sind größere Toleranzen sowie auch Formabweichungen unschädlich, da die Kugelrückführung sich nicht auf die Kraftübertragung eines Kugelgewindetriebs auswirkt.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Werkzeughalter nach Anspruch 5 zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Werkzeughalters werden in den Ansprüchen 6 bis 11 beschrieben und im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen schematisch
1 die Seitenansicht einer Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Kugellaufbahnen in einer Spindelmutter, die für einen Kugelgewindetrieb bestimmt ist und
2 einen Werkzeughalter zur Verwendung in der in 1 dargestellten Vorrichtung und
3 einen Horizontalschnitt durch den in 2 dargestellten Werkzeughalter.
Die in 1 dargestellte Vorrichtung dient zur Finishbearbeitung von Kugellaufbahnen in einer Spindelmutter, die für einen Kugelgewindetrieb bestimmt ist. Die Vorrichtung umfasst eine Spannvorrichtung 1 für ein Werkstück 2, die um die Längssachse 3 des Werkstückes reversierende Drehbewegungen ausführt und mit einem Drehantrieb 4 ausgestattet ist. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Vorrichtung 5 zum Honen mit einem Werkzeughalter 6 für ein Finishwerkzeug 7 und mit einer zweiachsigen Zustellvorrichtung 8, um den Werkzeughalter 6 in Richtung der Längsachse 3 des Werkstückes sowie quer dazu zu verstellen. Die Zustellvorrichtung 8 ist mit einem Antrieb zur Ausführung von programmgesteuerten Stellbewegungen ausgestattet. Der Werkzeughalter 6 ist an eine U-förmige Haltevorrichtung 9 angeschlossen, die um eine Oszillationsachse 10 drehbeweglich an der Zustellvorrichtung 8 gelagert ist. Die Oszillationsachse 10 ist orthogonal zu den Linearachsen ausgerichtet. Ihre Wirkungsrichtung verläuft durch das Finishwerkzeug 7. Die Oszillationsachse 10 ist mit einem nicht dargestellten Antrieb ausgestattet, der die U-förmige Haltevorrichtung 9 in oszillierende Drehbewegungen versetzt und Oszillationsbewegungen des Finishwerkzeuges 7 erzeugt. Bei dem zu bearbeitenden Werkstück 2 handelt es sich um eine Spindelmutter für einen Kugelgewindetrieb, die an ihrer Innenfläche eine Kugellaufbahn 11, d. h. eine Laufbahn für kugelförmige Wälzkörper, aufweist. Zur Finishbearbeitung dieser Laufbahn 11 wird das zu bearbeitende Werkstück 2 um seine Längsachse 3 in reversierende Drehbewegungen versetzt und wird das in dem Werkzeughalter 6 eingespannte Finishwerkzeug 7 mit einer zu bearbeitenden Kugellaufbahn 11 in Kontakt gebracht. Während der Finishbearbeitung führt der Werkzeughalter 6 in Abhängigkeit des Drehwinkels der Werkstückdrehung programmgesteuert axiale Stellbewegungen parallel zur Längsachse 3 des Werkstückes 2 und oszillierende Drehbewegungen um die Oszillationsachse 10 aus. Dabei wird das Finishwerkzeug 7 im Werkzeughalter 6 in Richtung der axialen Stellbewegung des Werkzeughalters 6 an Federelementen 12 schwimmend gelagert. Die Federelemente 12, die vorzugsweise als Elastomerscheiben ausgebildet sind, lassen eine Bewegung des Finishwerkzeuges 7 innerhalb des Werkzeughalters 6 um bis zu 0,5 mm, vorzugsweise um etwa 0,2 mm, zu.
Der Andruck des Finishwerkzeuges 7 an dem zu bearbeitenden Werkstück 2 wird pneumatisch erzeugt.
Der Werkzeughalter 6 zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ist in den 2 und 3 dargestellt. Der Werkzeughalter 6 weist einen Körper 13 zum Befestigen des Finishwerkzeuges 7 sowie einen Tragarm 14 mit einem endseitigen Aufnahmeraum 15 für den Körper 13 auf. Der Körper 13 weist eine in Längsrichtung des Tragarmes 14 linke und rechte Seitenfläche 16, 16' quer zur Erstreckung des Tragarmes eine obere und untere Stützfläche 17, 17' sowie eine vordere Stirnfläche 18 mit einer Aufnahmeöffnung für das Finishwerkzeug 7 und gegenüberliegend eine rückseitige Stirnfläche 18' auf. Der Körper 13 wird an Federelementen 12 schwimmend gelagert, die im Aufnahmeraum 15 angeordnet sind und an der rechten Seitenfläche 16' und der linken Seitenfläche 16 des Körpers 13 anliegen. Sie sind in Längsrichtung des Tragarmes 14 bogenförmig gekrümmt und lassen Kippbewegungen des schwimmend gelagerten Körpers 13 innerhalb des Aufnahmeraums 15 zu. Die Federelemente 12 bestehen aus Elastomerringen, die auf zapfenförmigen Vorsprüngen 19 an den Seitenflächen 16, 16' des Körpers 13 angeordnet sind. Im Aufnahmeraum 15 des Tragarmes 14 sind Druckplatten 20 angeordnet, die an den Federelementen 12 anliegen.
Der 3, die einen Horizontalschnitt durch den Werkzeughalter 6 zeigt, entnimmt man, dass innerhalb des Aufnahmeschlitzes des Körpers 13 eine mittels einer Spindel 21 betätigbare Klemmplatte 22 zum Fixieren des Finishwerkzeuges 7 angeordnet ist. Ferner erkennt man, dass die rückseitige Stirnfläche des Körpers 13 an einer Druckplatte 23 einer z. B. pneumatischen Andruckeinrichtung anliegt.
Im Zusammenhang mit der Funktionsbeschreibung wurde bereits erläutert, dass der Tragarm 14 des Werkzeughalters 6 an einen drehbar gelagerten Träger angeschlossen ist, wobei die Wirkungslinie der Drehachse des Trägers (Oszillationsachse 10) durch das Finishwerkzeug 7 verläuft.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10333909 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Finishbearbeitung von Kugellaufbahnen in einer Spindelmutter für einen Kugelgewindetrieb, wobei das zu bearbeitende Werkstück (2) um seine Längsachse (3) in reversierende Drehbewegungen versetzt wird, wobei ein in einem Werkzeughalter (6) eingespanntes Finishwerkzeug (7) mit einer zu bearbeitenden Kugellaufbahn (11) in Kontakt gebracht wird, wobei der Werkzeughalter (6) während der Finishbearbeitung in Abhängigkeit des Drehwinkels der Werkstückdrehung axiale Stellbewegungen parallel zur Längsachse (3) des Werkstückes (2) und oszillierende Drehbewegungen um eine dazu orthogonale Oszillationsachse (10) ausführt und wobei das Finishwerkzeug (7) im Werkzeughalter (6) in Richtung der axialen Stellbewegung des Werkzeughalters an Federelementen (12) schwimmend gelagert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (12) eine Bewegung des Finishwerkzeuges (7) innerhalb des Werkzeughalters (6) um bis zu 0,5 mm, vorzugsweise etwa 0,2 mm, zulassen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Federelemente (12) Elastomerscheiben verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Andruck des Finishsteins (7) an dem zu bearbeitenden Werkstück (2) pneumatisch erzeugt wird.
Werkzeughalter zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem Körper (13) zum Befestigen eines Finishwerkzeuges (7) und mit einem Tragarm (14), der an seinem Ende einen Aufnahmeraum (15) für den Körper (13) aufweist, wobei der Körper (13) eine in Längsrichtung des Tragarmes (14) linke und rechte Seitenfläche (16, 16'), quer zur Erstreckung des Tragarms (14) eine obere und untere Stützfläche (17, 17') sowie eine vordere Stirnfläche (18) mit einer Aufnahmeöffnung für das Finishwerkzeug (7) und gegenüberliegend eine rückseitige Stirnfläche (18') aufweist, wobei der Körper (13) an Federelementen (12) schwimmend gelagert ist, die im Aufnahmeraum (15) angeordnet sind sowie an der rechten Seitenfläche (16') und der linken Seitenfläche (16) des Körpers (13) anliegen, und wobei die Stützflächen (17, 17') des Körpers (13) an Innenflächen des Aufnahmeraumes (15) anliegen.
Werkzeughalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragarm (14) an einen drehbar gelagerten Träger angeschlossen ist, wobei die Wirkungslinie der Drehachse des Trägers durch das Finishwerkzeug (7) verläuft.
Werkzeughalter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Stützfläche (17) und die untere Stützfläche (17') in Längsrichtung des Tragarms (14) bogenförmig gekrümmt sind und Kippbewegungen des schwimmend gelagerten Körpers (13) innerhalb des Aufnahmeraumes (15) zulassen.
Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (12) aus Elastomerringen bestehen, die auf zapfenförmigen Vorsprüngen (19) an den Seitenflächen (16, 16') angeordnet sind.
Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Aufnahmeraum (15) des Tragarmes (14) Druckplatten (20) angeordnet sind, die an den Federelementen (12) anliegen.
Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Aufnahmeschlitzes eine mittels einer Spindel (21) betätigbare Klemmplatte (22) zum Fixieren des Finishwerkzeuges (7) angeordnet ist.
Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die rückseitige Stirnfläche (18') des Körpers (13) an einer Druckplatte (23) einer Andruckeinrichtung anliegt.