CN103506891B - 一种用于数控机床进给系统的预紧力数字化检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于数控机床技术领域，并公开了一种用于数控机床进给系统的预紧力数字化检测装置，包括压力传感器、信号放大和调理单元、数模转换单元和显示单元，其中压力传感器设置在用于支撑进给系统滚珠丝杠副的轴承组与用于施加预紧力的锁紧螺母及隔套之间，用于对轴承组所承受的预紧力执行实时检测，并输出相应的模拟信号；信号放大和调理单元用于将压力传感器所输出的模拟信号执行放大和滤波处理；数模转换单元用于将经过放大和滤波处理后的模拟信号执行数模转换，然后在显示单元上予以直观显示。通过本发明，能够结构紧凑、便于操控的方式直接获得数控机床进给系统的预紧力数据，同时具备高精度、高响应度和适用面广等特点。
Description
技术领域
本发明属于数控机床技术领域，更具体地，涉及一种用于数控机床进给系统的预紧力数字化检测装置。
背景技术
对于数控机床而言，进给系统作为关键部件之一，起到精密传动和定位的作用。数控机床进给系统的灵敏度和定位精度是体现一个数控机床品位的主要指标，取得较好的灵敏度和较高的定位精度是行业所热衷的焦点，也是提高制造效率、确保加工质量、降低资源消耗、谋求企业发展的技术研发方向所在。由于滚珠丝杆副具备摩擦损失小、传动效率高、运动平稳无爬行以及可预紧、反向无空程等特点，因而在数控机床进给系统中获得了广泛的应用。
为了提高数控机床进给系统的灵敏度和定位精度，必须提高进给系统的支承刚性，也即是要对其支承座轴承施加预紧，同时对滚珠丝杠副进行预拉伸安装。如果数控机床进给系统预紧过小，会影响进给系统的定位精度；而数控机床进给系统预紧过大，则会影响其温升，进而导致进给系统滚珠丝杠的热位移量增大，严重影响数控机床进给系统的灵敏度和定位精度。因此，非常有必要对数控机床进给系统的预紧力状态执行检测。
现有技术中已经公开了一些用于确定数控机床进给系统预紧力的方案，例如，王福成提出了一种确定轴承预紧力的方法(参见《现代零部件》2006年第4期，第80页-81页)，其中披露了通过测量和计算来共同确定轴承垫套间隙的方法，从而实现轴承轴向预紧力的确定过程。然而，这些现有技术仍然是采取对滚珠丝杆副预拉伸安装，并根据滚珠丝杠副提供的系统预紧力凭经验进行拉伸量装配，需要拆装轴承及垫套进行间隙调整，而且测量精度易于受到进给系统多个子系统刚性变化的影响。相应地，如何以高效率、高精度和便于操控的方式对数控机床进给系统的预紧力状态进行量化检测，正成为本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于数控机床进给系统的预紧力数字化检测装置，其中通过结合数控机床进给系统自身的结构特点来设置压力传感器的位置，并对数字化检测装置的组成构造进行设计，相应能够结构紧凑、便于操控的方式直接获得数控机床进给系统的预紧力数据，同时具备高精度、高响应度和适用面广等特点。
为实现上述目的，按照本发明，提供了一种用于数控机床进给系统的预紧力数字化检测装置，该进给系统包括分别固定在数控机床底座两端的轴承座组件和传动箱、设置在轴承座组件与传动箱之间的滚珠丝杆、以及通过联轴器与滚珠丝杆传动相连的伺服电机，其中滚珠丝杆经由轴承组支撑在传动箱，并通过锁紧螺母和隔套相对于轴承组施加预紧，其特征在于，所述检测装置包括压力传感器、信号放大和调理单元、数模转换单元和显示单元，其中：
所述压力传感器设置在所述轴承组与隔套之间，用于对轴承组所承受的预紧力执行实时检测，并输出相应的模拟信号；
所述信号放大和调理单元通过传输电缆与压力传感器信号相连，并将压力传感器所输出的模拟信号执行放大和滤波处理；
所述数模转换单元与信号放大和调理单元信号相连，用于将经过放大和滤波处理后的模拟信号执行数模转换，然后在所述显示单元上予以直观显示。
作为进一步优选地，所述检测装置还包括参数调整单元，该参数调整单元与压力传感器信号相连，并用于执行数控机床进给系统预紧力的检测功能选择、检测参数调整等。
作为进一步优选地，所述检测装置还包括静态标定和标度转换单元，所述静态标定和标度转换单元与所述数模转换单元信号相连，并用于执行输出信号的置零和调整处理；以此方式，可避免相关配套零部件的机械加工和装配误差，确保了预紧力的高精度、高质量检测。
作为进一步优选地，所述压力传感器呈片状，并贴合设置在所述轴承组与隔套之间。
作为进一步优选地，所述压力传感器优选被设定为钢制环形电阻应变式压力传感器，其额定载荷为50KN，灵敏度为1.5±0.5mV/V，安全过载150％，极限过载200％。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1、通过在用于支撑滚珠丝杆的轴承组与用于施加预紧力的锁紧螺母之间设置压力传感器，这样当对数控机床进给系统执行预紧之后，可以实时、便利地获得反映预紧力状态的量化检测数据，同时尽量避免进给系统多个子系统如滚珠丝杆副、轴承座和电机座等刚性变化等因素的影响，相应提高了检测结果的灵敏度和准确性；
2、通过对检测装置组成元件的构造设计，能够在无需拆装轴承及隔套的情况下即可实现预紧力实时检测，并具备结构紧凑、携带方便、便于操控等特点；
3、按照本发明的预紧力数字化检测装置无需复杂维护、又能长时间可靠工作，同时能够保证快速、准确、量化和直观的检测过程，进而提高了数控机床进给系统的支撑刚性，为其高灵敏度和高定位精确度提高技术保障，因而尤其适用于各类采用支撑滚珠丝杆副机械结构的数控机床进给系统。
附图说明
图1是按照本发明的预紧力数字化检测装置应用于数控机床进给系统时的示意图；
图2是按照本发明优选实施方式所构建的预紧力数字化检测装置的整体构造示意图；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-轴承2-轴承座3-丝杆4-传动箱6-轴承组71-压力传感器8-隔套9-锁紧螺母10-联轴器11-电机座12-伺服电机13-传输电缆14-止推垫
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1是按照本发明的预紧力检测装置应用于数控机床进给系统时的示意图，图2是按照本发明优选实施方式所构建的预紧力检测装置的整体构造示意图。如图1和图2中所示，数控机床的进给系统主要包括分别固定在数控机床底座两端(图1中显示为左右两端)的轴承座组件(该轴承座组件由轴承1和轴承座2共同组成)和传动箱4，设置在轴承座组件与传动箱4之间的滚珠丝杆3、以及通过联轴器10与滚珠丝杆3传动相连的伺服电机12，其中滚珠丝杆3、轴承组6、隔套8和锁紧螺母9等元件共同构成滚珠丝杆副机械系统，由于在丝杆与锁紧螺母之间放入了滚珠使得丝杆与螺母之间变为滚动摩擦，从而大大减少摩擦阻力，提高了传动效率；如图1中所示，丝杆3经由轴承组6支撑在传动箱4内，并通过锁紧螺母9和隔套8相对于轴承组6施加预紧，两个锁紧螺母之间还可以设置止推垫14。
为了对上述采用支撑滚珠丝杆副机械结构的数控机床进给系统执行预紧力检测，按照本发明一个优选实施方式所构建的预紧力检测装置包括压力传感器71、信号放大和调理单元、数模转换单元和显示单元，其中压力传感器71设置在用于支撑滚珠丝杆3的轴承组6与用于施加预紧力的锁紧螺母9之间，如图1中所示具体设置在轴承组6与用于传递预紧力的隔套8之间，并用于对轴承组所承受的预紧力执行实时检测，并输出相应的模拟信号。处于进给系统外侧的信号放大和调理单元通过柔性的传输电缆13与压力传感器信号相连，并将压力传感器所输出的模拟信号执行放大和滤波处理；所述数模转换单元与信号放大和调理单元信号相连，用于将经过放大和滤波处理后的模拟信号执行数模转换，然后在所述显示单元上予以直观显示。
通过以上方式，当对数控机床进给系统执行预紧之后，可以在无需拆卸轴承及隔套的情况下也能实时、便利地获得反映预紧力状态的量化检测数据，同时尽量避免进给系统多个子系统如滚珠丝杆副、轴承座和电机座等刚性变化等因素的影响。整个检测过程快速、准确、量化并具备直观性，并可在检测后予以相应反馈以便提高数控机床进给系统的支撑刚性，为其高灵敏度和高定位精确度提高技术保障。
按照本发明的一个优选实施例，所述预紧力数字化检测装置还包括参数调整单元，该参数调整单元与压力传感器信号相连，用于数控机床进给系统预紧力检测功能选择、检测参数调整等。以此方式，能够执行数控机床进给系统预紧力检测功能选择、检测参数调整等。此外，所述检测装置还包括静态标定和标度转换单元，该静态标定和标度转换单元与数模转换单元信号相连，并用于输出信号的置零和调整，避免了相关配套零部件的机械加工和装配误差，确保了预紧力的高精度、高质量检测。通过上述静态标定和标度转换处理，可以取得数控机床进给系统预紧力的高精度、高质量检测技术效果。
按照本发明的另一优选实施例，所述压力传感器优选呈片状，并贴合设置在轴承组与隔套之间。这样可以取得数控机床进给系统预紧力检测接近于实际工作状况，达到了进给系统预紧力“快速、准确、量化、便捷”检测的技术效果。此外，所述压力传感器的工作规格优选被设定为钢制环形电阻应变式压力传感器(例如，宁波柯力电气制造有限公司生产的HND-SS型压力传感器)，其额定载荷为50KN，灵敏度为1.5±0.5mV/V，安全过载150％，极限过载200％。较多的测试表明，上述工作规格便于检测操作、检测范围较广，适用于各种规格、各类支撑结构的数控机床进给系统。并且可取得检测装置结构简单紧凑、检测灵敏度高的技术效果。数控机床进给系统预紧力数字化检测装置有效的消除了人为误差，更加符合企业质量管理和工业生产过程控制的要求，提高了加工中心工作过程的可靠性和安全性，能在加工中心生产装配线上方便快捷地检测加工中心的进给系统预紧力。
总体而言，按照本发明的预紧力数字化检测装置整体结构紧凑、便于操控，而且无需复杂维护又能长时间可靠工作，能够保证快速、准确、量化和直观的检测过程，因而尤其适用于各类采用支撑滚珠丝杆副机械结构的数控机床进给系统。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种用于数控机床进给系统的预紧力数字化检测装置，其特征在于：
该数控机床进给系统包括分别固定在数控机床底座左右两端的轴承座组件和传动箱(4)、设置在该轴承座组件与该传动箱(4)之间的滚珠丝杆(3)、以及通过联轴器(10)与该滚珠丝杆(3)传动相连的伺服电机(12)，其中所述滚珠丝杆(3)由轴承组(6)支撑在所述传动箱(4)内，并通过两个锁紧螺母(9)和隔套(8)相对于该轴承组(6)施加预紧，这两个锁紧螺母之间还设置有止推垫(14)；
所述预紧力数字化检测装置包括压力传感器、信号放大和调理单元、数模转换单元和显示单元，其中所述压力传感器呈片状且设定为钢制环形电阻应变式压力传感器，并贴合设置在所述轴承组(6)与用于施加预紧力的所述锁紧螺母(9)之间，用于对该轴承组(6)所承受的预紧力执行实时检测，并输出相应的模拟信号；所述信号放大和调理单元处于进给系统外侧，通过柔性的传输电缆与所述压力传感器信号相连，并将该压力传感器所输出的模拟信号执行放大和滤波处理；所述数模转换单元与所述信号放大和调理单元信号相连，用于将经过放大和滤波处理后的模拟信号执行数模转换，然后在所述显示单元上予以直观显示；
以此方式，当对上述数控机床进给系统执行预紧之后，能够在无需拆卸轴承及隔套的情况下实时获得反映预紧力状态的量化检测数据，同时避免进给系统多个子系统的刚性变化因素的影响。
2.如权利要求1所述的预紧力数字化检测装置，其特征在于，该预紧力数字化检测装置还包括参数调整单元，所述参数调整单元与所述压力传感器信号相连，并用于执行数控机床进给系统预紧力的检测功能选择和检测参数调整。
3.如权利要求2所述的预紧力数字化检测装置，其特征在于，该预紧力数字化检测装置还包括静态标定和标度转换单元，所述静态标定和标度转换单元与所述数模转换单元信号相连，并用于执行输出信号的置零和调整处理。
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