Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:

1 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Gewindewalzbacke gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Ausführungsform des Verfahrens für die Herstellung der Gewindewalzbacke nach 1;

3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens für die Herstellung der Gewindewalzbacke nach 1;

4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Querschnittsform eines schraubenlinienförmigen Vorsprungs 12s, der durch Schleifen eines groben Walzabschnitts k₃, eines mittelfeinen Walzabschnitts k₂ bzw. eines feinen Walzabschnitts k₁ auf dem Angriffabschnitt K der Gewindewalzbacke nach 1 gebildet worden ist;

5 eine Darstellung, die erläutert, wie sich die Querschnittsform der Rille, die durch Walzen durch den Angriffabschnitt K der Backe bei der Herstellung des Gewindes im Werkstück W durch Walzen mittels der Walzbacke gebildet wird, im Vergleich zum herkömmlichen Fall ändert;

6 die bereits erwähnte Schnittansicht zur Erläuterung einer beispielhaften herkömmlichen Gewindewalzbacke;

7 die bereits erwähnte schematische Darstellung zur Erläuterung eines beispielhaften Verfahrens für die Herstellung einer Gewindewalzbacke;

8 eine Schnittansicht zur Erläuterung einer Gewindewalzbacke gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

9 eine Darstellung zur Erläuterung der Gewinderille, die durch Walzen mit einer herkömmlichen Walzbacke hergestellt worden ist; und

10 eine Darstellung zur Erläuterung einer Gewinderille, die durch Walzen mit einer erfindungsgemäßen Walzbacke hergestellt worden ist.

1 ist eine allgemeine Schnittansicht (teilweise unter Darstellung der äußeren Form) einer Walzbacke für Kugelumlaufspindeln gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Walzbacke 11 ist eine im allgemeinen zylindrische Walze mit einem schraubenlinienförmigen Vorsprung 12. Der schraubenlinienförmige Vorsprung 12 besitzt einen bergförmigen Querschnitt, einen sogenannten Dancette-Abschnitt, der mit konstanter Steigung auf im wesentlichen der gesamten Länge des Umfangs der Walze kontinuierlich ausgebildet ist. Im Betrieb führt die Walzbacke ein Durchwalzen eines Stabmaterials einer Kugelumlaufspindel (Werkstück W) aus, um darin eine genau spezifizierte Kugelumlauf-Gewinderille auszubilden.

Die Backe 11 besitzt einen schraubenlinienförmigen Vorsprung 12s, der mehrere Berge enthält. Jeder Berg besitzt auf dem geradlinigen Abschnitt S, der sich in der Mitte der Backe befindet, im wesentlichen die gleiche Form und im wesentlichen die gleichen Abmessungen. Die Form des schraubenlinienförmigen Vorsprungs 12s wird an die Gewinderille im fertiggestellten Schaft der Kugelumlaufspindel übertragen. In 1 ist auf der linken Seite des geradlinigen Abschnitts S (Richtung der Relativbewegung der Walzbacke 11 in bezug auf das Stabmaterial) ein Angriffabschnitt K gezeigt. Ein schraubenlinienförmiger Vorsprung 12k, der mit zunehmendem Abstand vom schraubenlinienförmigen Abschnitt 12s kontinuierlich und allmählich kleiner wird, weist auf dem Angriffabschnitt K mehrere Windungen auf. Andererseits ist auf der rechten Seite des geradlinigen Abschnitts S ein Reliefabschnitt N gezeigt. Ein schraubenlinienförmiger Vorsprung 12n, der mit zunehmendem Abstand vom schraubenlinienförmigen Vorsprung 12s kontinuierlich und allmählich kleiner wird, weist auf dem Reliefabschnitt N ungefähr eine Windung auf. Ferner ist die Ecke des Endes des Stabmaterials an dem schraubenlinienförmigen Vorsprung 12n abgeschrägt, um einen Reliefabschnitt 13 mit dem Außendurchmesser der Spindel zu bilden. Die Verbindung zwischen dem Angriffabschnitt K und dem geradlinigen Abschnitt S sowie zwischen dem geradlinigen Abschnitt S und dem Reliefabschnitt N besitzt einen geringen oder keinen Höhenunterschied. In dieser Anordnung gehen der Angriffabschnitt K, der geradlinige Abschnitt S und der Reliefabschnitt N gleichmäßig ineinander über.

Der Angriffabschnitt K umfaßt einen groben Walzabschnitt k₃, der bei Beginn des Durchwalzens tief in die äußere Oberfläche des Stabmaterials eindringt, einen mittelfeinen Walzabschnitt k₂, der anschließend verhältnismäßig tief, aber weniger tief als der grobe Walzabschnitt k₃, in das Stabmaterial eindringt, und einen feinen Walzabschnitt k₁, der mit dem geradlinigen Abschnitt S verbunden ist und am Ende am wenigsten tief in das Stabmaterial eindringt.

Im folgenden wird ein Verfahren (Schleifverfahren) für die Herstellung einer Gewindewalzbacke gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Zum Schleifen eines Backenwerkstücks mit einem schraubenlinienförmigen Vorsprung, der darauf im voraus mit einer von mehreren verschiedenen Backenschleifscheiben ausgebildet worden ist, sind zwei Bearbeitungsprozesse vorgesehen. Wie in 2 gezeigt ist, umfaßt einer der beiden Prozesse die Verwendung einer Schleifscheibe 15 zum Schleifen der Berge auf der Backe 11 mit einer im wesentlichen halbbogenförmigen Rille (Rille in Form eines gotischen Bogens), die mit einer Spitze in der Mitte des Querschnitts hergestellt wird. Dieser Herstellungsprozeß wird im folgenden als "Backenbildungsprozeß 1" bezeichnet.

In dem Prozeß 1 für die Bildung der Walzbacke gemäß der Erfindung werden der Angriffabschnitt K, der geradlinige Abschnitt S und der Reliefabschnitt N der Walzbacke 1 sämtlich durch dieselbe Schleifscheibe 15 geschliffen. Die Schleifsteigung L der Schleifscheibe 15 unterscheidet sich jedoch von einem Abschnitt zum nächsten. Mit anderen Worten, nach dem Schleifen des geradlinigen Abschnitts S wird das Schleifen des schraubenlinienförmigen Vorsprungs 12k am Angriffabschnitt K mit derselben Gewindesteigung Ln wie jene des schraubenlinienförmigen Abschnitts 12s auf dem geradlinigen Abschnitt S, jedoch mit kontinuierlich und allmählich abnehmender Berghöhe, ausgeführt. Die Schleifscheibe 15 wird somit auch für den Angriffabschnitt K verwendet. Während dieser Prozedur wird die Schleifscheibe 15 in axialer Richtung mit kontinuierlicher und allmählicher Zunahme der Schleifsteigung Lk ohne Änderung der radialen Position kontinuierlich bewegt.

Mit anderen Worten, der feine Walzabschnitt k₁ auf dem Angriffabschnitt K wird mit kontinuierlicher und allmählicher Zunahme der Schleifsteigung geschliffen. Beispielsweise wird der feine Walzabschnitt k₁ auf dem Angriffabschnitt K durch Bewegen der Schleifscheibe 15 zunächst mit einer Schleifsteigung Lk₁, die geringfügig größer (plus &agr;₁) als die Schleifsteigung Ls des geradlinigen Abschnitts S ist, dann im folgenden mittelfeinen Walzabschnitt k₂ mit einer Schleifsteigung Lk₂, die nochmals geringfügig größer (plus &agr;₂) als die Schleifsteigung Ls des geradlinigen Abschnitts S ist, und schließlich im groben Walzabschnitt k₃ am vorderen Ende mit einer Schleifsteigung Lk₃, die nochmals geringfügig größer (plus &agr;₃) als die Schleifsteigung Ls des geradlinigen Abschnitts S ist, geschliffen. Auf diese Weise wird eine Seite (hier die rechte Seite) des schraubenlinienförmigen Vorsprungs 12k am Angriffabschnitt K der Walzbacke 11 durch die Schulter der Rille 15m der Schleifscheibe geschliffen.

Sobald das Schleifen des Angriffabschnitts K beginnend beim feinen Walzabschnitt k₁ und endend beim groben Walzabschnitt k₃ mit den Schleifsteigungen Lk_l bis Lk₃, die von der Schleifsteigung Ls des geradlinigen Abschnitts S ausgehend allmählich zunehmen, ausgeführt worden ist, wird das Schleifen des Angriffabschnitts K beginnend mit dem feinen Walzabschnitt k₁ und endend mit dem groben Walzabschnitt k₃ durch Bewegen der Schleifscheibe 15 mit den Schleifsteigungen Lk₁ bis Lk₃, die im Gegensatz zum ersten Schleifen allmählich abnehmen, erneut ausgeführt. Während der zweiten Schleifprozedur wird die andere Seite (hier die linke Seite) des schraubenlinienförmigen Vorsprungs 12k durch die andere Schulter der Rille 15m der Schleifscheibe geschliffen. Selbstverständlich ist die Anzahl der Schleifvorgänge nicht auf eins eingeschränkt. Falls notwendig, kann das Schleifen mehrmals mit unterschiedlichen Schleifsteigungen ausgeführt werden. Auf diese Weise kann der schraubenlinienförmige Vorsprung 12k auf dem feinen Walzabschnitt k₁, der in Richtung der relativen Bewegung der Walzbacke 11 allmählich kleiner wird, kontinuierlich mit derselben Schleifscheibe 15 geschliffen werden. Durch Ausführen des Schleifens des dem geradlinigen Abschnitt S folgenden Walzabschnitts kann die Verbindungsgenauigkeit verbessert werden.

In ähnlicher Weise kann das Schleifen des Reliefabschnitts N der Walzbacke 11 durch Bewegen der Schleifscheibe 15 mit einer Schleifsteigung, die geringfügig größer als jene des geradlinigen Abschnitts S ist, und dann mit einer Schleifsteigung, die geringfügig kleiner als jene des geradlinigen Abschnitts S ist, ausgeführt werden.

Im folgenden wird ein Bildungsprozeß 2, der den anderen Prozeß der Bildung der Gewindewalzbacke darstellt, beschrieben.

In diesem Bildungsprozeß 2 unterscheidet sich die Form der Schleifscheibe 16 von jener der obenbeschriebenen Schleifscheibe 15, wie in 3 gezeigt ist. Mit anderen Worten, die Schleifscheibe 16 besitzt ein Paar Rillen 16m in Form eines Viertelbogens, die auf der jeweiligen Kante ausgebildet sind, die durch die Seitenwand und die untere Oberfläche gebildet ist.

Ähnlich wie im Bildungsprozeß 1 wird der schraubenlinienförmige Vorsprung 12 nacheinander auf beiden Seiten unter Verwendung lediglich einer Schleifscheibe 16 auf dem Angriffabschnitt K, dem geradlinigen Abschnitt S und dem Reliefabschnitt N der Walzbacke 11 mit einer Schleifsteigung geschliffen, die von einem Abschnitt zum nächsten unterschiedlich ist. Auf diese Weise kann der schraubenlinienförmige Vorsprung 12k auf dem feinen Walzabschnitt K der in Richtung der Relativbewegung der Walzbacke 11 allmählich kleiner wird, mit derselben Schleifscheibe 16 wie jener, die für den geradlinigen Abschnitt S verwendet wird, kontinuierlich geschliffen werden. Das Schleifen des Reliefabschnitts N der Walzbacke 11 kann ähnlich wie im Bildungsprozeß 1 ausgeführt werden.

Bei der obenbeschriebenen Gewindewalzbacke 11 und ihrem Herstellungsprozeß können unabhängig davon, ob der Bildungsprozeß 1 oder der Bildungsprozeß 2 verwendet wird, der Angriffabschnitt K, der geradlinige Abschnitt S und der Reliefabschnitt N mit derselben Schleifscheibe kontinuierlich geschliffen werden, wodurch nicht nur die Produktionskosten gesenkt, sondern auch die zahlreichen folgenden vorteilhaften Wirkungen erhalten werden können:

• (i) Da das Schleifen lediglich durch eine einzige Schleifscheibe ausgeführt wird und die Bewegung der Schleifscheibe gesteuert wird, besitzt die sich ergebende Walzbacke 11 in bezug auf die Form des schraubenlinienförmigen Vorsprungs 12, in bezug auf die Verbindung zwischen dem Angriffabschnitt K und dem geradlinigen Abschnitt S einerseits und zwischen dem geradlinigen Abschnitt S und dem Reliefabschnitt N andererseits eine hohe Genauigkeit und einen bestimmten Unterschied zwischen den Steigungen des Angriffsabschnitts K und des geradlinigen Abschnitts S einerseits und zwischen dem geradlinigen Abschnitt S und dem Reliefabschnitt N andererseits. Daher besitzt die Gewinderille, die durch Walzen mittels der Walzbacke 11 aus dem Werkstück W, das das zu walzende Material darstellt, hergestellt wird, eine gesicherte Formgenauigkeit und Zickzackanordnung in Laufrichtung längs der Gewinderille (Steigungspräzision). Somit kann eine Kugelumlaufspindel, die die strengen Anforderungen hinsichtlich der Positionierungsgenauigkeit, der Lebensdauer, der Geräuschunterdrückung und dergleichen erfüllt, geschaffen werden.
• (ii) Da die Verbindung einerseits zwischen dem Angriffabschnitt K und dem geradlinigen Abschnitt S und andererseits zwischen dem geradlinigen Abschnitt S und dem Reliefabschnitt N äußerst gleichmäßig ist und keine Kante aufweist, tritt im Gegensatz zum herkömmlichen Fall keine Konzentration der Beanspruchung auf, wenn in dem Werkstück W durch Walzen eine Gewinderille ausgebildet wird, wodurch eine Verformung der Gewinderille verhindert wird. Auch in dieser Hinsicht kann die resultierende Gewinderille die gewünschte Formgenauigkeit aufweisen.
• (iii) Da die zum Bilden und Ausrichten der Rille in der Schleifscheibe im Schleifschritt während der Herstellung der Backe erforderliche Zeit im Vergleich zum herkömmlichen Fall auf einen kleinen Wert oder auf null verringert werden kann, können die Herstellungskosten der Backe gesenkt werden.
• (iv) Da die Herstellung der Backe im Gegensatz zum herkömmlichen Fall nicht die Verwendung mehrerer Schleifscheiben, die den mehreren Rillenformen entsprechen, erfordert und eine Backe mit größerer Breite als im herkömmlichen Fall entworfen werden kann, können die Kosten der Herstellung der Walzbacke gesenkt werden.
• (v) Für die Gewindewalzbacke mit einem Angriffabschnitt K, der einen groben Walzabschnitt k₃, einen mittelfeinen Walzabschnitt k₂ und einen feinen Walzabschnitt k₁ aufweist, kann eine Einstellung des Walzbetrags pro Umdrehung des Werkstücks W vorgenommen werden, was bisher unmöglich war. In dieser Anordnung kann durch Vorbestimmen des Änderungsgrades der Schleifsteigung im Feinwalzbereich der Walzbacke auf einen kleinen Wert und durch Vorbestimmen des Änderungsgrades der Schleifsteigung im Grobwalzbereich der Walzbacke auf einen großen Wert ein Walzen sowohl mit der erwünschten Genauigkeit als auch mit dem erwünschten Wirkungsgrad verwirklicht werden. Ferner kann durch kontinuierliches Ändern der Schleifsteigung der Walzbetrag pro Umdrehung des Werkstücks genauer eingestellt werden.
• (vi) In dem Fall, in dem das Walzen mittels einer Walzbacke, die eine Neigung des Angriffabschnitts wie im herkömmlichen Fall aufweist, ausgeführt wird, tritt während des Walzens an einigen Punkten ein Abschnitt A mit einem Durchmesser auf, der größer als der Außendurchmesser des zu walzenden Werkstücks W (des zu walzenden Materials) ist, wie in 9 gezeigt ist. Im Gegensatz dazu kann in der Erfindung der Dancette-Abschnitt durch den zylindrischen Abschnitt der Backe zerbrochen werden (siehe 8). Somit kann während des Walzens kein Abschnitt mit einem Durchmesser, der größer als der Außendurchmesser des Gewindes des Werkstücks (des zu walzenden Materials) W auftreten. Daher kann ein Gewinde mit einer Spezifikation, die das Walzen des Werkstücks W über das Ende zum Mittelabschnitt ermöglicht, verwendet werden, um eine Spindel herzustellen, deren Außendurchmesser nicht teilweise größer als der Außendurchmesser des Gewindes des Werkstücks W ist.
• (vii) In dem Fall, in dem die herkömmliche Backe verwendet wird, weist der resultierende fertiggestellte Bereich am Boden der Gewinderille eine starke Verformung und an der Schulter der Gewinderille eine geringe Verformung auf (siehe 5). Dies macht erforderlich, daß das Material am Boden der Gewinderille in die Nähe der Schulter der Gewinderille getrieben wird. Dies macht ferner eine größere Walzlast und ein größeres Walzdrehmoment (Drehmoment zum Drehen der Backe) während des Walzens erforderlich. In der Erfindung weist im Gegensatz dazu der resultierende fertiggestellte Bereich am Boden der Gewinderille eine geringe Verformung und an der Schulter der Gewinderille eine große Verformung auf (siehe 5). Bei dieser Anordnung ist das Fließen des Materials während der plastischen Verformung gleichmäßig, wodurch die Notwendigkeit einer großen Walzlast und/oder eines großen Walzdrehmoments während des Walzens beseitigt wird.
• (viii) In dem Fall, in dem die herkömmliche Backe verwendet wird, zeigt die übertragene Form der Rille bei einer plastischen Verformung (Änderung der Extrusion durch die Backe) eine große Änderung. Da ferner ein Gewindepaar (rechte Seite und linke Seite) nicht gleichmäßig übertragen werden kann, ist es schwierig, eine gewalzte Kugelumlaufspindel mit hoher Genauigkeit in bezug auf die Form der Rille herzustellen. Gemäß der Erfindung kann im Gegensatz dazu das Fließen des Materials sauber ausgeführt werden, wodurch die Form der Rille selbst dann nur wenig geändert wird, wenn sich die plastische Verformung ändert, so daß eine gleichmäßige Übertragung des Paars Gewinderillen möglich ist. Auf diese Weise kann eine gewalzte Kugelumlaufspindel mit unveränderlich hoher Genauigkeit in bezug auf die Form der Rille hergestellt werden.

4 zeigt den Querschnitt des geschliffenen schraubenlinienförmigen Vorsprungs 12s auf dem groben Walzabschnitt k₃, dem mittelfeinen Walzabschnitt k₂ und dem feinen Walzabschnitt k₁ des Angriffabschnitts K der Walzbacke 11 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung in einer überlappenden Darstellung. Der äußerste Umfang stellt die endgültige Form des feinen Walzabschnitts k₁ dar.

5 zeigt, wie sich die Form des Querschnitts der Rille, die durch Walzen durch den Angriffabschnitt der Backe gebildet wird, während der Bildung der Gewinderille im Werkstück W durch eine Walzbacke ändert. Die linke Hälfte des Diagramms veranschaulicht die Formänderung bei einem Walzvorgang durch eine herkömmliche Backe, während die rechte Hälfte des Diagramms die Formänderung bei einem Walzvorgang durch eine Backe gemäß der Erfindung veranschaulicht.

Im folgenden wird eine Walzbacke gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. 8 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Walzbacke gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung. In 8 ist eine Walzbacke 20 für eine Kugelumlaufspindel durch einen Hauptbackenkörper (Walze) 21 gebildet, der einen zylindrischen Abschnitt 21a und einen konischen Reliefabschnitt 21b, der an einem Ende des zylindrischen Abschnitts 21a gebildet ist, umfaßt. Der Hauptbackenkörper 21 umfaßt einen schraubenlinienförmigen Vorsprung (Dancette-Abschnitt) 22, der am Umfang von einem Ende zum anderen kontinuierlich ausgebildet ist.

Der schraubenlinienförmige Vorsprung 22 umfaßt einen Abschnitt 22a mit konstanter Höhe (im folgenden als "geradliniger Abschnitt" bezeichnet) und einen Abschnitt 22b mit unterschiedlichen Höhen (im folgenden als "Angriffabschnitt") bezeichnet. Der Angriffabschnitt 22b ist an einem Ende des Hauptbackenkörpers 21, das sich gegenüber dem Reliefabschnitt 21b befindet, gebildet. Die zweite Ausführungsform ist insofern gleich der ersten Ausführungsform, als nur der Angriffabschnitt 22b einen schraubenlinienförmigen Vorsprung aufweist, der mit zunehmendem Abstand vom geradlinigen Abschnitt kontinuierlich kleiner wird. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich jedoch von der ersten Ausführungsform dadurch, daß sich die Steigung der Schleifscheibe einmal über dem gesamten Bereich des Angriffabschnitts 22b ändert und der Dancette-Abschnitt am Reliefabschnitt 21b gleich dem Reliefabschnitt der herkömmlichen Walzbacke ist.

Die Erfindung kann auch auf gewalzte Schrauben, die von einer Kugelumlaufspindel verschieden sind, angewendet werden.

Der Prozeß der Bildung der Walzbacke ist nicht auf das Schleifen eingeschränkt. Alle abtragenden Prozesse wie etwa ein Schleifen mit einem Formungswerkzeug können verwendet werden.

Wie oben erwähnt worden ist, kann mit der erfindungsgemäßen Gewindebacke ein Gewindedurchwalzen ausgeführt werden um im Spindelschaft durch Walzen eine Gewinderille bei verringerten Kosten und mit hoher Genauigkeit auszubilden.

Ferner kann eine Walzbacke für eine Kugelumlaufspindel geschaffen werden, mit der eine Gewinderille in dem Kugelumlaufspindel-Material durch Walzen bei gesenkten Kosten und mit hoher Genauigkeit gebildet werden kann.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Gewindewalzbacke hergestellt werden, die einen Angriffabschnitt, einen geradlinigen Abschnitt und einen Reliefabschnitt umfaßt, wobei stets die gleiche Backenschleifscheibe verwendet werden kann und die Kosten verringert sind.

Mit der erfindungsgemäßen Walzbacke für eine Kugelumlaufspindel kann die Genauigkeit der Positionierung der Kugelumlaufspindel verbessert und das Geräusch gesenkt werden.