CN101059165B - 丝杠螺母副传动控制装置 - Google Patents

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Abstract

丝杠螺母副传动控制装置，其控制装置的液压控制机构中的扭矩传感器将丝杠所传递的力矩转变为信号，传递给控制器，控制器将油路换向控制信号加到三位四通电磁换向阀上，控制器控制压力控制阀输出出口压力，经由两个管路传递到螺母与丝杠所接触的侧面，在螺母的螺纹两侧开有两个螺旋蓄油槽，由螺母两头的两个端盖及丝杠的螺纹在所接触的侧面形成了封闭的螺旋蓄油；其控制方法为：控制器控制压力控制阀输出出口压力，使其小于或等于8TN/((φ1 2-φ2 2)L)，其加工方法为：首先把螺母与两个端盖组装为一体，在螺母与两个端盖的内孔面上加工螺纹，然后在螺母的螺纹两侧分别加工出两个螺旋蓄油槽，最后将螺母与两个端盖组装为一体。

Description

丝杠螺母副传动控制装置
技术领域
本发明涉及机床，丝杠螺母副进给装置以及螺母加工。
背景技术
现有技术中高速机床进给系统主要为滚珠丝杠或直线电机。滚珠丝杠由于传动误差大，摩擦磨损和发热严重，弹性变形引起工作台爬行和反向死区引起非线性误差等一系列原因，很难向更高速发展；直线电机除控制难度大外，还需解决长距离移动、散热、隔磁、提供足够大的推力、自锁和移动部件轻量化等问题，此外，成本高也严重影响其推广应用。另外，易于实现更高速度及加速度的并联机构，却因技术发展不成熟无法承担起高速进给的重任。
发明内容
本发明的目的是提供一种丝杠螺母副传动控制装置及方法和螺母组件的加工方法，为低速、高速及超高速机床提供一个高速、稳定的进给系统。
本发明是一种丝杠螺母副传动控制装置及方法和螺母组件的加工方法，其丝杠螺母副传动控制装置，由液压控制机构、机械传动机构组成，其中丝杠4随传递轮3一起转动，由丝杠螺母副驱动螺母6沿丝杠4进行直线运动，其液压控制机构由控制器1、压力控制阀10、三位四通电磁换向阀9、扭矩传感器2组成，扭矩传感器2安装在动力传递轮3与螺母6间，扭矩传感器2将丝杠4所传递的力矩TN转变为信号，传递给控制器1，控制器1将油路换向控制信号加到三位四通电磁换向阀9上，控制器1控制压力控制阀10输出出口压力，经由第一管路A或第二管路B传递到螺母6与丝杠4所接触的侧面，在螺母6的螺纹两侧开有第一螺旋蓄油槽c和第二螺旋蓄油槽d，由螺母6两头的第一端盖5、第二端盖5′及丝杠4的螺纹在所接触的侧面形成了封闭的螺旋蓄油腔。扭矩传感器2的模拟量信号输入到控制器1的模拟量输入接口，压力控制阀10模拟量信号的控制端接在控制器1的模拟量输出接口；三位四通电磁换向阀9的两个电磁线圈DT1、DT2分别接在控制器1的开关量输出接口上；压力控制阀10的输出端通过管路接在三位四通电磁换向阀9的一个进油端口，三位四通电磁换向阀9的两个输出口分别通过管路接在螺母6的第一管路A和第一管路B，三位四通电磁换向阀9的回油口直接通过管路接到油箱。
本发明的丝杠螺母副传动控制方法，由安装在动力传递轮3与螺母6间的扭矩传感器2采集丝杠4传递的扭矩并转变为信号传递给控制器1，控制器1控制压力控制阀10输出出口压力P1，使
P1≤8TN/((φ1 2-φ2 2)L)
其中TN为扭矩传感器2测得的丝杠4传递的扭矩，φ1为螺旋蓄油槽的最大直径，φ2为螺旋蓄油槽的最小直径，L为螺母的长度。
本发明的螺母组件的加工方法，在加工前准备好未开内螺纹的螺母6、第一端盖5和第二端盖5′，其加工步骤为：
(1)由第一螺钉7、第二螺钉7′及第一定位销8、第二定位销8′把螺母6与第一端盖5、第二端盖5′组装为一体；
(2)在螺母6与第一端盖5、第二端盖5′的内孔面上加工螺纹到标准尺寸；
(3)卸取螺母两侧的第一端盖5、第二端盖5′，在螺母6的螺纹两侧分别加工出第一螺旋蓄油槽c、第二螺旋蓄油槽d；
(4)用第一螺钉7、第二螺钉7′及第一定位销8、第二定位销8′将螺母6与第一端盖5、第二端盖5′重新组装为一体，构成螺母组件。
本发明的有益之处为：当螺母所驱动的机械执行机构对螺母产生阻抗力F时，螺母的一个螺纹侧面就与丝杠螺纹一个侧面接触，同时扭矩传感器对应得到丝杠所传递的力矩TN，由控制器根据丝杠转向给出油路换向控制信号，根据扭矩传感器得到的扭矩TN，调节压力控制阀使输入口恒定压力P变为合适的出口压力P1。该压力由管路传递到螺母与丝杠螺纹接触侧面，在螺母的螺纹两侧开有螺旋畜油槽，通过螺母两头的端盖及丝杠螺纹，在所接触的侧面形成了封闭的螺旋畜油槽腔，畜油槽中的压力油对螺母产生的轴向合力F1与机械执行机构对螺母产生的阻抗力F方向相反。由此来减小丝杠螺母副间的刚性接触压力，提高了传动效果，传动效率高。在螺母与导向丝杠之间的相互配合表面上形成一个流体薄膜，从而起到流体静压润滑的作用。丝杠工作时，可以根据系统测得的螺母受力的大小及方向，对加压流体的压力大小进行调节，保护螺母始终工作在流体薄膜润滑状态，不会因受力变化而破坏流体薄膜，防止丝杠与螺母直接接触出现摩擦磨损现象。采用流体润滑，几乎没有摩擦，发热低，磨损少，可以在很大程度上提高其工作寿命；流体润滑薄膜直接与金属相接触，具有很高的刚度，大大提高其承载能力；流体薄膜具有良好的减震性能，能够减小系统的噪音；为高速及超高速机床提供一个高速、稳定的进给系统。
附图说明
图1a是丝杠螺母副传动装置的结构示意图，图1b为图1中I部位的局部放大示意图，图2是压力控制框图。
具体实施方式
如图1a所示，本发明的丝杠螺母副传动装置由液压控制机构、机械传动机构组成，其中丝杠4随传递轮3一起转动，由丝杠螺母副驱动螺母6沿丝杠4进行直线运动，其液压控制机构由控制器1、压力控制阀10、三位四通电磁换向阀9、扭矩传感器2组成，扭矩传感器2安装在动力传递轮3与螺母6间，扭矩传感器2将丝杠4所传递的力矩TN转变为信号，传递给控制器1，控制器1采用单片机或PLC为核心实现控制，控制器1将油路换向控制信号加到三位四通电磁换向阀9上，控制器1控制压力控制阀10输出出口压力，经由第一管路A或第二管路B传递到螺母6与丝杠4所接触的侧面，如图1b在螺母6的螺纹两侧开有第一螺旋蓄油槽c和第二螺旋蓄油槽d，由螺母6两头的第一端盖5、第二端盖5′及丝杠4的螺纹在所接触的侧面形成了封闭的螺旋蓄油腔。扭矩传感器2的模拟量信号输入到控制器1的模拟量输入接口，压力控制阀10模拟量信号的控制端接在控制器1的模拟量输出接口；三位四通电磁换向阀9的两个电磁线圈DT1、DT2分别接在控制器1的开关量输出接口上；压力控制阀10的输出端通过管路接在三位四通电磁换向阀9的一个进油端口，三位四通电磁换向阀9的两个输出口分别通过管路接在螺母6的第一管路A和第一管路B，三位四通电磁换向阀9的回油口直接通过管路接到油箱。
如图1a、图2所示，当螺母6所驱动的机械执行机构对螺母6产生阻抗力F时，螺母6的一个螺纹侧面就与丝杠4螺纹的一个侧面接触，同时扭矩传感器2对应得到丝杠4所传递的力矩；由控制器1根据丝杠4转向给出油路换向控制信号加到三位四通电磁换向阀9，根据扭矩传感器2得到的扭矩TN，控制器1调节压力控制阀10把输入口恒定液体压力P变为合适的出口液体压力P1。该压力P1由第一管路A或第二管路B传递到螺母6与丝杠4所接触的侧面。如图1b所示，在螺母6的螺纹两侧开有第一螺旋畜油槽c、第二螺旋畜油槽d，如图1a、图1b所示，通过螺母6两头的第一端盖5、第二端盖5′及丝杠4的螺纹在所接触的侧面形成了封闭的第一螺旋畜油槽c或第二螺旋畜油槽d，第一螺旋畜油槽c或第二螺旋畜油槽d中的压力油对螺母6产生的轴向合力F1与机械执行机构对螺母6产生的阻抗力F方向相反，由此来减小丝杠螺母副间的刚性接触压力，提高了丝杠螺母副的传动效果。
本发明的丝杠螺母组件的加工方法，在加工前准备好未开内螺纹的螺母6、第一端盖5和第二端盖5′，其加工步骤为：
(1)由第一螺钉7、第二螺钉7′及第一定位销8、第二定位销8′把螺母6与第一端盖5、第二端盖5′组装为一体；
(2)在螺母6与第一端盖5、第二端盖5′的内孔面上加工螺纹到标准尺寸；
(3)卸取螺母两侧的第一端盖5、第二端盖5′，在螺母6的螺纹两侧分别加工出第一螺旋蓄油槽c、第二螺旋蓄油槽d；
(4)用第一螺钉7、第二螺钉7′及第一定位销8、第二定位销8′将螺母6与第一端盖5、第二端盖5′重新组装为一体，构成螺母组件。
本发明的丝杠螺母副传动控制方法，由安装在动力传递轮3与螺母6间的扭矩传感器2采集丝杠4传递的扭矩并转变为信号传递给控制器1，控制器1控制压力控制阀10输出出口压力P1，使
P1≤8TN/((φ12-φ22)L)
其中TN为扭矩传感器2测得的丝杠4传递的扭矩，φ1为螺旋蓄油槽的最大直径，φ2为螺旋蓄油槽的最小直径，L为螺母的长度。

Claims (1)

1.丝杠螺母副传动控制装置，由液压控制机构、机械传动机构组成，其中丝杠(4)随传递轮(3)一起转动，由丝杠螺母副驱动螺母(6)沿丝杠(4)进行直线运动，其特征在于其液压控制机构由控制器(1)、压力控制阀(10)、三位四通电磁换向阀(9)、扭矩传感器(2)组成，扭矩传感器(2)安装在动力传递轮(3)与螺母(6)间，扭矩传感器(2)将丝杠(4)所传递的力矩(TN)转变为信号，传递给控制器(1)，控制器(1)将油路换向控制信号加到三位四通电磁换向阀(9)上，控制器(1)控制压力控制阀(10)输出出口压力，经由第一管路(A)或第二管路(B)传递到螺母(6)与丝杠(4)所接触的侧面，在螺母(6)的螺纹两侧开有第一螺旋蓄油槽(c)和第二螺旋蓄油槽(d)，由螺母(6)两头的第一端盖(5)、第二端盖(5′)及丝杠(4)的螺纹在所接触的侧面形成了封闭的螺旋蓄油腔；扭矩传感器(2)的模拟量信号输入到控制器(1)的模拟量输入接口，压力控制阀(10)模拟量信号的控制端接在控制器(1)的模拟量输出接口；三位四通电磁换向阀(9)的两个电磁线圈(DT1、DT2)分别接在控制器(1)的开关量输出接口上；压力控制阀(10)的输出端通过管路接在三位四通电磁换向阀(9)的一个进油端口，三位四通电磁换向阀(9)的两个输出口分别通过管路接在螺母(6)的第一管路(A)和第一管路(B)，三位四通电磁换向阀(9)的回油口直接通过管路接到油箱。
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