[发明专利]一种滚珠丝杠预紧力和预拉伸量可控调节和测量装置

说明书

技术领域

本发明属于机械制造技术领域，具体涉及一种滚珠丝杠预紧力和预拉伸量的可控调节和测量装置。

背景技术

滚珠丝杠是数控机床直线传动系统中的重要组成部件，其精度、刚度、可靠性等性能直接影响到机床的加工精度和加工稳定性。在实际使用过程中，由于加工制造和装配误差，滚珠丝杠螺母与滚珠之间总存在一定的间隙，另外，在运动过程中，丝杠由于受到轴向载荷的作用会导致部件产生一定的变形，从而在反向运动过程中会出现空程误差，这些都降低了滚珠丝杠的轴向传动精度以及轴向刚度。为了解决上述问题，目前通常采用的方法是对丝杠螺母实现预紧，以提高丝杠副的刚度，消除间隙。常用的丝杠螺母预紧方法有：单螺母滚珠过盈预紧，双螺母预紧。其中，单螺母过盈预紧采用直径偏大的滚珠，使得在初始运行阶段，滚珠受到一定的挤压变形，产生挤压力，实现丝杠螺母的预紧；双螺母预紧通常是在两个螺母之间放置垫片，使用螺钉使两个螺母压紧，从而实现丝杠螺母之间的预紧，另外还可以将两个螺母之间采用平键进行连接，采用圆螺母挤压其中一个螺母的方法进行预紧。这些预紧方法不能精确的控制预紧力的大小，而且预紧力的分布也难以确定，有可能导致预紧力在丝杠螺母端面分布不均匀，产生附加扭矩，影响丝杠螺母的运行性能，导致运行不平稳，磨损加剧等。在丝杠运行的整个行程范围内，预紧力是否平衡可以反映丝杠的加工性能，另外，当进给系统运行一定时间后，由于丝杠的变形，滚珠的磨损等因素的影响，丝杠的预紧力大小会发生变化，通过测量该值的变化可以在一定的程度上系统的性能，实现系统运行状况的检测，然而现有的预紧装置无法丝杠预紧力的大小进行实时检测。

滚珠丝杠在工作过程中，由于丝杠与滚珠之间的摩擦力作用，导致丝杠受热变形，丝杠的受热伸长会导致定位精度的降低，从而影响加工精度，为了补偿丝杠的热伸长量并提高丝杠的轴向刚度，一般事先对丝杠进行预拉伸操作，即在丝杠制造过程中，实际加工的丝杠导程要小于名义值，在装配过程中对丝杠进行预拉伸，使得丝杠的实际导程达到名义值，因此丝杠的拉应力补偿了丝杠摩擦发热产生的热应力，从而减小了温升对丝杠长度的影响，并且在一定程度上提高丝杠的轴向刚度。现在丝杠预拉伸是直接对其两端的固定支撑施加拉力，将丝杠拉伸至所需的长度，然而在丝杠运行一段时间后，丝杠的预拉伸量会发生变形，此时会影响丝杠传动精度，减小轴向刚度，因此需要能够对预拉伸量进行调节的装置。

另外，丝杠预紧力和预拉伸量的大小对进给系统的动态特性能有较大的影响，因此需要一种不仅能够可控调节丝杠预紧力和预拉伸量的装置，而且还能实现预紧力和预拉伸量的实时测量。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种能够同时实现滚珠丝杠预紧力和预拉伸量可控调节和测量的装置。

本发明采用的技术方案为：

该装置包括直线进给系统、丝杠螺母预紧力调节和测量装置和滚珠丝杠预拉伸调节和测量装置。

所述的直线进给系统的结构是：底板的一端固定有电机支撑座，伺服电机固定在所述的电机支撑座上；底板上与电机支撑座相对的一端设置可滑动的移动平台；在底板和移动平台上分别固定第一滚珠丝杠固定支撑端和第二滚珠丝杠固定支撑端，滚珠丝杠设置在第一滚珠丝杠固定支撑端和第二滚珠丝杠固定支撑端之间，且其一端通过联轴器与伺服电机的转轴连接；在滚珠丝杠上套接有两个旋向相反的法兰型式的第一丝杠螺母和第二丝杠螺母，并在第二丝杠螺母上设置丝杠螺母座；在丝杠螺母座上通过螺纹固定连接工作台；

所述丝杠螺母预紧力调节和测量装置的结构是：所述第一丝杠螺母和第二丝杠螺母之间通过三个均匀分布的结构完全相同的预紧力装置进行连接；以第一预紧力装置为例进行说明：第一预紧力装置由第一螺纹杆、第一螺母、第一推力轴承、第一弹簧、第一直线轴承、第一连接轴和第一拉压传感器组成；第一直线轴承通过过盈配合安装于所述第一连接轴内部；第一螺纹杆的末端插入第一直线轴承中；第一拉压传感器的一端通过螺纹与第一连接轴相连，另一端通过螺纹与第二丝杠螺母的法兰盘固定连接；第一螺纹杆的一端通过螺纹与第一丝杠螺母的法兰盘固定连接；第一螺母通过螺纹与第一螺纹杆连接；第一推力轴承和第一弹簧依次套于第一螺纹杆上，且第一推力轴承的一端面紧贴于第一螺母的端面上，第一弹簧的一端面紧贴于第一连接轴的端面上；

所述滚珠丝杠预拉伸调节和测量装置的结构是：在所述移动平台运动方向的外侧面通过螺纹与第四拉压传感器和第五拉压传感器连接；第四拉压传感器和第五拉压传感器的另一端与连接杆的端面通过螺纹固定连接；底板上设置固定座，固定座与所述连接杆的中心通过螺栓固定连接；