[发明专利]一种数控机床进给轴精度自愈试验装置及方法

说明书

一种数控机床进给轴精度自愈试验装置及方法。预紧力调节螺母副包括丝杠螺母、中心体支承套筒和三个均布于套筒中的监测—执行机构。监测—执行机构由压电陶瓷促动器、柔性末端、力分布帽以及压力传感器组成。信号采集—反馈系统包括工业计算机、采集卡、电荷放大器与压电放大器。工业计算机根据输入输出电压量，采用PID控制方法实现恒预紧力闭环调控。本发明实现了丝杠螺母副预紧力的自动采集与主动调控功能，克服了现有预紧力调节装置可操控性不足、结构设计不合理等缺陷，解决了由于丝杠螺母副磨损导致的机床精度保持性下降的问题,为开展进给轴精度保持性与稳定性试验提供了基础，也对数控机床进给轴精度设计具有重要借鉴意义。

技术领域

本发明属于数控机床精度保持技术领域，特别涉及一种数控机床进给轴精度自愈试验装置及方法。

背景技术

进给轴的定位精度是影响数控机床精度的重要因素之一。在机床工作过程中，丝杠螺母副受到机械磨损等因素的影响加工精度逐渐衰退，精度保持性随之下降。在实际生产过程中，主要依靠定位误差补偿缓解零件磨损、失效等带来的精度保持性下降问题，严重情况下则需要更换机床零部件。然而，定期对进给轴进行定位补偿不能本质上解决磨损带来的问题，丝杠螺母副磨损导致的工作状态复杂变化会增加定位补偿的难度，降低定位补偿的准确性。另一方面，更换机床零部件可以根本上解决丝杠螺母副磨损带来的问题，但是生产设备停机会降低生产效率，增加生产成本，更换零部件后的调试工作也相当费时费力。

丝杠螺母副的磨损会导致进给轴反向误差的产生，进而影响进给轴双向定位精度。反向间隙主要受到丝杠螺母副预紧状态的影响。预紧力是影响丝杠双向定位精度的重要因素。如果可以实现丝杠螺母副预紧力的自动调节，使预紧力不随丝杠螺母副磨损发生变化，就可以抑制反向间隙误差与双向定位误差，提高机床进给轴的精度保持性。

2016年，Drossel等在《IFAC PAPERSONLINE》第49卷发表文章《Evaluation ofShape Memory Alloy Bulk Actuators for Wear Compensation in Ball ScrewDrives》，提出一种采用形状记忆合金代替双螺母间垫片来减缓零件磨损带来的精度损失的方法，这种方法可操控性不足。2017年，Wang等在《JOURNAL OF THE BRAZILIAN SOCIETYOF MECHANICAL SCIENCES AND ENGINEERING》第39卷发表文章《Design of new giantmagnetostrictive structures for double-nut ball screw pre-tightening》，采用超磁致伸缩杠杆的形式调节丝杠螺母副的预紧力，但装置安装在丝杠螺母外部，不具有实用性。2015年，李郝林等在201510167990.2中发明了一种利用压电陶瓷调节工作台预紧力的装置。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是克服现有预紧力调节装置的不足，针对已有预紧力调节装置可操控性不足、结构设计不合理等问题，发明了一种数控机床进给轴精度自愈试验装置。

本发明的技术方案：

一种数控机床进给轴精度自愈试验装置，包括预紧力调节螺母副、监测—执行机构和信号采集—反馈系统；

所述预紧力调节螺母副通过左侧螺母2与右侧螺母5实现双向预紧；在双螺母间安装有中心体支承套筒3，通过三个均匀分布的定位螺栓4固定于双螺母中间，用于安装监测—执行机构；中心体支承套筒3与右侧螺母通过六个均匀分布的中心体固定螺栓6实现固定，防止压电陶瓷促动器11伸长过程中中心体支承套筒3发生窜动；中心体支承套筒3中为监测—执行机构预留空间与开口，用于调节与观察；