一种行星滚柱丝杠用滚柱及其制造方法
技术领域
本申请属于机械零件技术领域，尤其是涉及一种行星滚柱丝杠用滚柱及其制造方法。
背景技术
行星滚柱丝杠是一种新型的传动装置，其能够将旋转运动转换为直线运动。行星滚柱丝杠比传统滚珠丝杠具有更高的抗冲击性能，行星滚柱丝杠的静载约为传统滚珠丝杠的3倍，寿命约为传统滚珠丝杠的15倍。并且行星滚柱丝杠可以具有更高的旋转速度和旋转加速度，因此其广泛的应用于精密仪器、武器装备、工业机器人和航空航天等领域。
一种现有的标准式行星滚柱丝杠包括丝杆、轴套和滚柱。丝杆的外周面设置有外螺纹，轴套的内周面设置有与外螺纹相同头数和牙型的内螺纹，滚柱设置有与外螺纹相同牙型的单头螺纹。外螺纹、内螺纹和单头螺纹的牙型均为例如三角形。轴套套设于丝杆，若干个滚柱沿丝杆的圆周方向均匀设置。丝杆旋转时，滚柱既绕着丝杆的轴线公转，又绕滚柱自身的轴线自转。内螺纹与外螺纹具有相同的螺旋升角，滚柱与轴套啮合时能够确保纯滚动，而没有沿轴向的位移。这种行星滚柱丝杠的螺纹需要很高的精度，但是现有技术中的这种行星滚柱丝杠在运行一段时间后，螺纹因强度不够而逐渐变形，影响了使用效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为解决现有技术中行星滚柱丝杠的不足，从而提供一种行星滚柱丝杠用滚柱及其制造方法。
一种行星滚柱丝杠用滚柱，包括：
滚柱主体，所述滚柱主体的两端具有用于确定轴线的头部、尾部，所述头部和所述尾部同轴，且所述头部和所述尾部的中心均具有中心孔；所述滚柱主体上沿轴向设置有若干的大径啮合区和小径啮合区，所述大径啮合区直径比所述小径啮合区大1-3mm；
所述滚柱主体由低碳钢制成，且所述滚柱主体具有碳化表面层或碳氮化表面层，所述表面层的渗碳或碳氮的深度为0.10-0.60mm，所述表面层具有马氏体相基质；
所述滚柱主体的周向通过冷挤压成型有螺纹。
优选地，本发明的行星滚柱丝杠用滚柱，所述滚柱主体上沿轴向所述大径啮合区和小径啮合区间隔设置，小径啮合区数量＝大径啮合区数量+1，或小径啮合区数量＝大径啮合区数量-1，或小径啮合区数量＝大径啮合区数量。
优选地，本发明的行星滚柱丝杠用滚柱，所述中心孔的截面形状为：半圆形、边缘为弧线的锥形或边缘为直线的锥形。
优选地，本发明的行星滚柱丝杠用滚柱，所述滚柱主体中碳按重量计含量为：0.14～0.25％，同时锰按重量计含量为1.00～1.50％，铬按重量计含量为0.60～1.80％。
一种行星滚柱丝杠用滚柱的制造方法，包括以下步骤：
S1，从原始线材上加工出毛坯；
S2，在毛坯的两端加工出同轴的圆柱端，并且在圆柱端的中心加工出半球形凹槽，通过所述圆柱端和所述半球形凹槽形成加工旋转中心线，在后续加工中，作为定位基准；
S3，在毛坯上沿轴向加工出间隔设置的大径啮合区和小径啮合区；
S4，毛坯进行退火处理；
S5，在毛坯的两侧设置成型轮，使用成型轮对毛坯挤压成型，成型轮具有径向和旋转方向的驱动力，在毛坯的周向成型出螺纹；
S6，表面硬化处理，使滚柱的表面硬度>680HV3。
优选地，本发明的行星滚柱丝杠用滚柱的制造方法，步骤S5中，在毛坯的两侧分别设置一个成型轮，两个成型轮180度对称布局。
优选地，本发明的行星滚柱丝杠用滚柱的制造方法，步骤S6中，表面硬化热处理，通过淬火、碳氮共渗、渗氮、渗碳、喷丸中的一种或多种方式组合。
优选地，本发明的行星滚柱丝杠用滚柱的制造方法，步骤S6中，采用渗碳处理，热处理后零件表面含碳量在0.7％，炉气碳势高出零件表面含碳量0.2％～0.4％；渗碳温度860℃，碳势1.0％；淬火温度840℃，碳势0.6％。
优选地，本发明的行星滚柱丝杠用滚柱的制造方法，步骤S5中，挤压成型为冷挤压，在冷挤压成型前的毛胚尺寸均小于理论值，按加工要求设定毛坯的螺牙的理论中经，将成型轮上的螺牙中经设置在比理论中经大0～0.25mm，毛坯上的螺牙的牙型角控制在50～65°，并且控制Ra≤Rb≤Rc≤Rd，Ra、Rb、Rc、Rd的大小范围在0.1-1.0mmm，其中Rb是牙根的底角半径、Ra是牙根的底角两侧区域的半径、Rd是牙顶的顶角半径、Rc是牙顶的顶角两侧区域的半径；牙根的底角两侧边缘和牙顶的顶角两侧边缘之间为直线区域，以所述螺牙的中经所在位置为分界，所述直线区域分为两部分，靠近所述顶角部分的长度为L1，靠近所述底角部分的长度为L2，控制L1≥0.05mm，且L1+L2≥0.3mm。
一种行星滚柱丝杠，包括上述滚柱、螺母和丝杠，所述丝杠位于中心，所述螺母套设在所述丝杠外部，所述滚柱分别与所述螺母、所述丝杠啮合。
本发明的有益效果是：中心孔能够在滚柱主体加工初期提供良好的定位效果，增加加工精度。大径啮合区和小径啮合区、的间隔设置，在滚柱实际运行中可以减少变形。表面层的渗碳或碳氮能够大大增强硬度，挤压成型工艺下的螺纹内应力小，强度大。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。
图1是本申请实施例的行星滚柱丝杠用滚柱的结构示意图；
图2是本申请实施例的行星滚柱丝杠的结构示意图；
图3是本申请实施例的行星滚柱丝杠用滚柱的工艺流程示意图；
图4是本申请实施例的多种中心孔结构剖面图；
图5是本申请实施例的毛坯的螺牙理想形状示意图；
图6是本申请实施例的毛坯的螺牙实际形状示意图。
图中的附图标记为：
11 螺母
12 丝杠
13 滚柱主体
131 头部
132 尾部
133 小径啮合区
134 大径啮合区
135 小径啮合区。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。
实施例
本实施例提供一种行星滚柱丝杠用滚柱，如图1-3所示，包括：
滚柱主体13，所述滚柱主体13的两端具有用于确定轴线的头部131、尾部132，所述头部131和所述尾部132同轴，且所述头部131和所述尾部132的中心均具有中心孔；所述滚柱主体13上沿轴向设置有若干的大径啮合区134和小径啮合区133、135，所述大径啮合区134直径比所述小径啮合区133、135大1-3mm；
所述滚柱主体13由低碳钢制成，且所述滚柱主体13具有碳化表面层或碳氮化表面层，所述表面层的渗碳或碳氮的深度为0.10-0.60mm，所述表面层具有马氏体相基质；
所述滚柱主体13的周向通过冷挤压成型有螺纹。
本实施例的行星滚柱丝杠用滚柱，半球形凹槽能够在滚柱主体13加工初期提供良好的定位效果，增加加工精度。大径啮合区134和小径啮合区133、135的间隔设置，在滚柱实际运行中可以减少变形。表面层的渗碳或碳氮能够大大增强硬度，挤压成型工艺下的螺纹内应力小，强度大。
具体的，作为一种优选的实施例，如图1所示，
头部131，尾部132，加工成型后有d,e处的圆柱特征，f,g处的内球特性，实施中至少包含一种特征，在后续加工中，作为定位基准，形成加工旋转中心线H。
加工成型后小径啮合区133、135直径a与小径啮合区135直径b，理论直径a与直径b相同。大径啮合区(134)直径c，直径c>直径a＝直径b,优选c-a＝1～3mm。
d,e处优选尺寸3～6mm
f,g处优选尺寸3～5mm
滚柱结构中至少包含一个小径啮合区和一个大径啮合区，分别与螺母11，丝杠12啮合。优选两个小径啮合区133，135和一个大径啮合区134。
也可以采用小径啮合区+大径啮合区+小径啮合区+。。。(小径啮合区数量＝大径啮合区数量+1)的设计，也可以是大径啮合区+小径啮合区+大径啮合区+。。。(小径啮合区数量＝大径啮合区数量-1)的设计，也可以采用小径啮合区+大径啮合区+小径啮合区+。。。(小径啮合区数量＝大径啮合区数量)的设计。
优选地，本实施例的行星滚柱丝杠用滚柱，所述滚柱主体13上沿轴向所述大径啮合区134和小径啮合区133间隔设置，小径啮合区数量＝大径啮合区数量+1，或小径啮合区数量＝大径啮合区数量-1，或小径啮合区数量＝大径啮合区数量。
优选地，本实施例的行星滚柱丝杠用滚柱，所述中心孔的截面形状为：半圆形(如图1所示)、边缘为弧线的锥形(如图4R型所示)或边缘为直线的锥形(如图4A、B、C型所示)。如图4所示，提供了A、B、C、R型的中心孔。
优选地，本实施例的行星滚柱丝杠用滚柱，所述头部131和所述尾部132的直径为3～6mm，所述半球形凹槽的直径为3～5mm。
优选地，本实施例的行星滚柱丝杠用滚柱，所述滚柱主体13中碳按重量计含量为：0.14～0.25％，同时锰按重量计含量为1.00～1.50％，铬按重量计含量为0.60～1.80％。
一种行星滚柱丝杠用滚柱的制造方法，如图3所示，包括以下步骤：
S1，从原始线材上加工出毛坯；
S2，在毛坯的两端加工出同轴的圆柱端，并且在圆柱端的中心加工出半球形凹槽，通过所述圆柱端和所述半球形凹槽形成加工旋转中心线，在后续加工中，作为定位基准；
S3，在毛坯上沿轴向加工出间隔设置的大径啮合区134和小径啮合区133、135；
S4，毛坯进行退火处理；
S5，在毛坯的两侧设置成型轮，使用成型轮对毛坯挤压成型，成型轮具有径向和旋转方向的驱动力，在毛坯的周向成型出螺纹；
S6，表面硬化处理，使滚柱的表面硬度>680HV3。
优选地，本实施例的行星滚柱丝杠用滚柱的制造方法，步骤S5中，在毛坯的两侧分别设置一个成型轮，两个成型轮180度对称布局。
优选地，本实施例的行星滚柱丝杠用滚柱的制造方法，步骤S6中，表面硬化热处理，通过淬火、碳氮共渗、渗氮、渗碳、喷丸中的一种或多种方式组合。
优选地，本实施例的行星滚柱丝杠用滚柱的制造方法，步骤S6中，采用渗碳处理，热处理后零件表面含碳量在0.7％，炉气碳势高出零件表面含碳量0.2％～0.4％；渗碳温度860℃，碳势1.0％；淬火温度840℃，碳势0.6％。
优选地，本实施例的行星滚柱丝杠用滚柱的制造方法，步骤S5中，挤压成型为冷挤压，在冷挤压成型前的毛胚尺寸均小于理论值，按加工要求设定毛坯的螺牙的理论中经，将成型轮上的螺牙中经设置在比理论中经大0～0.25mm，毛坯上的螺牙的牙型角控制在50～65°，并且控制Ra≤Rb≤Rc≤Rd，Ra、Rb、Rc、Rd的大小范围在0.1-1.0mmm，其中Rb是牙根的底角半径、Ra是牙根的底角两侧区域的半径、Rd是牙顶的顶角半径、Rc是牙顶的顶角两侧区域的半径；牙根的底角两侧边缘和牙顶的顶角两侧边缘之间为直线区域，以所述螺牙的中经所在位置为分界，所述直线区域分为两部分，靠近所述顶角部分的长度为L1，靠近所述底角部分的长度为L2，控制L1≥0.05mm，且L1+L2≥0.3mm。在挤压成型工艺中，为保护模具，在冷挤压成型前的毛胚尺寸均小于理论值，在成型后，处于缺材料状态。对于行星丝杠中的滚柱，如图5所示为理论形状，如图6所示，为按本专利加工形成的典型情况。在Rc,Rd位置，通常存在缺料状态，在制造中，应尽量让缺料区域只在Rd区域。缺料在零件上，呈现为内凹型缺口。
L3＝0.5～15Rd,优选为5；H＝0.5～10Rd，优选为3.5；其中L3是缺口宽度，H是缺口深度。通过本实施例的这种工艺可以保护成型轮，同时成型出的螺牙性能可以得到保障。
一种行星滚柱丝杠，包括上述滚柱、螺母11和丝杠12，所述丝杠12位于中心，所述螺母11套设在所述丝杠12外部，所述滚柱分别与所述螺母11、所述丝杠12啮合。
以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
