[发明专利]一种基于芳纶纤维热变形主动补偿的滚珠丝杠副

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于芳纶纤维热变形主动补偿的滚珠丝杠副，属于先进制造领域。

背景技术

随着高速加工技术的广泛应用，滚珠丝杠副的线速度越来越高，在运行过程中，由于滚珠丝杠副以及轴承滚珠与滚道的高速相对运动，摩擦力做功产生大量的热，致使滚珠丝杠副产生热变形进而产生加工误差。有研究表明，热变形误差约占总误差的30％～50％。在精密加工中这个比例可高达70％。对于滚珠丝杠副而言，工程中主要关心其螺母位置的误差，螺母位置的误差主要取决于丝杠的轴向变形量。所以有必要设计一种补偿丝杠轴向热变形的滚珠丝杠副。现有的热变形补偿技术主要是通过数控系统对热变形进行补偿。通过文献检索，尚未找到采用负热膨胀系数材料对滚珠丝杠副热变形进行离线补偿的研究与报道。

发明内容

本发明的目的是为了减小滚珠丝杠副轴向热变形和提高其精度稳定性，设计了一种基于芳纶纤维的热变形主动补偿滚珠丝杠副。

本发明所采用的技术方案是：一种基于芳纶纤维的热变形主动补偿滚珠丝杠副，包括电热膜(1)、芳纶纤维(2)、滚珠丝杠本体(3)、电刷(4)、电源(5)和控制器(6)，电热膜(1)和滚珠丝杠本体(3)之间设有芳纶纤维(2)。

在滚珠丝杠本体(3)靠近电机端的端部预留一段未加工有外螺纹的光轴，在这段光轴上粘贴和布置芳纶纤维(2)，使得芳纶纤维(2)的长度方向与滚珠丝杠本体(3)的轴向方向一致。再在这段光轴上缠绕覆盖电热膜(1)，为了防止导线在丝杠旋转过程中缠绕，将电刷(4)套在电热膜(1)两端，电刷(4)不随滚珠丝杠本体(3)转动。电热膜(1)与电刷(4)之间设有间隙，电热膜(1)的正负极均有一个弹簧片，保障弹簧片始终与电刷(4)相接触。在转动的过程中电热膜(1)始终与电源(5)和控制器(6)保持相连状态。控制器(6)控制电源(5)的供电参数通过电刷(4)向电热膜(1)供电使其加热。

由于芳纶纤维(2)在长度方向上具有负热膨胀系数，通过电热膜(1)加热会收缩使热误差得到补偿。在实际工况下，丝杠轴在达到热平衡后，每个轴向位置的轴向变形是一定的。通过对轴向变形的建模，就预测每个轴向位置在轴向的误差。在掌握螺母运动规律的基础上，通过计算获得随时间变化加热膜的供热参数，通过对芳纶纤维(2)加热产生和丝杠轴轴向热变形相反的位移，使热变形得到补偿。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用负热膨胀系数纤维材料，粘贴布置在丝杠轴靠近电机的端部，该部分与丝杠轴串联。采用主动控制的方法，控制纤维粘贴部位相对丝杠变形方向的反向变形，使其与丝杠在轴向的热膨胀量相互抵消，达到热误差补偿的目的。

附图说明

图1为本发明的基于芳纶纤维热变形主动补偿的滚珠丝杠副结构示意图。

图2为本发明的基于芳纶纤维热变形主动补偿的滚珠丝杠副结构放大示意图。

图中：1、电热膜，2、芳纶纤维，3、滚珠丝杠本体，4、电刷，5、电源，6、控制器。

具体实施方式

以下结合附图和实施，对本发明作进一步详细说明。

一种自动补偿热变形的滚珠丝杠副，在滚珠丝杠本体(3)的靠近电机一端预留一段不加工外螺纹的光轴，在光轴上粘贴和布置芳纶纤维，使得芳纶纤维长度方向与丝杠轴的轴向一致。再在这段轴上缠绕覆盖电热膜。丝杠受热膨胀，产生热误差。由于芳纶纤维在长度方向上具有负热膨胀系数，此段芳纶纤维由于电热膜加热会整体将丝杠轴“拉回”，使热变形得到补偿。

在实际实施过程中，首先要建立在热平衡状态下热误差与螺母位置的关系，然后根据螺母随时间的运动规律，计算出电热膜随时间变化的供热参数。实现滚珠丝杠副热变形的离线补偿。

具体实施步骤如下：

步骤1：在滚珠丝杠螺纹设计和加工时，在靠近电机一端预留一段光轴。

步骤2：在这段光轴上粘贴和布置芳纶纤维，使得芳纶纤维长度方向与丝杠轴的轴向方向一致。

步骤3：再在这段轴上缠绕覆盖电热膜。

步骤4：将电刷套在电热膜两端，电刷不随滚珠丝杠本体转动。电热膜与电刷之间设有间隙，电热膜的正负极均有一个弹簧片，保障弹簧片始终与电刷相接触。在转动的过程中电热膜始终与电源和控制器保持相连状态。将电刷与电源和控制器相连。