CN106624953A - 数控机床滚珠丝杠副的预拉伸结构和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种数控机床滚珠丝杠副的预拉伸结构和方法，伺服进给电机端ZARN组合轴承为固定端，另一端圆锥滚子轴承和深沟球轴承为拉伸端，通过旋转螺母对滚珠丝杠副进行预拉伸，拉伸量大小等于拉伸端千分表的读数与固定端千分表的读数之差，预先消除了丝杠运行中的热变形，减少和消除机床热变形对机床精度的影响，通过提高了滚珠丝杠机构的支撑刚性，有利于运转精度、传动系统的稳定性、抗震性和寿命的提高。

Description

数控机床滚珠丝杠副的预拉伸结构和方法
技术领域
本发明涉及数控机床技术领域，尤其是涉及一种数控机床滚珠丝杠副的预拉伸结构和方法。
背景技术
数控立式车床的性能在很大程度上取决于进给传动系统的结构与定性、定量装配。机床进给机构是数控机床中位置控制的重要环节，对机床系统精度有直接的影响。现代数控机床进给驱动机构主要有滚珠丝杠驱动、齿轮齿条驱动、直线电机驱动和并联虚拟轴驱动几种型式，根据机床的使用范围及精度要求不同，可采用的进给驱动机构也会有很大的差异。由于滚珠丝杠具有传动效率高、定位精度高、使用寿命长、同步性能好、传递可逆性等优点，，数控立式车床使用最普遍、最广泛是“旋转电机+滚珠丝杠”进给传动机构，该机构又分为丝杠转动结构和丝母转动结构。由于丝母转动结构复杂，受移动工作台空间的限制，装配维修比较繁琐；数控机床进给系统中得到广泛使用的是“丝杠转动结构”。滚珠丝杠副一般只能承受轴向力，较大的径向力和倾覆力矩可能造成丝杠的损坏，所以，滚珠丝杠副的进给传动系统结构和正确安装对其使用运转性能具有重要的决定作用。
常见的滚珠丝杠转动进给机构有伺服电机与滚珠丝杠直连，即丝杠随电动机转动，刀架跟随丝母移动，从而将旋转运动转化为直线运动。其结构设计制造相对简单，可以减少启动力矩及滞后时间。可是，在进行数控加工时，其滚珠丝杠运转时会温度上升而导致滚珠丝杠产生热变形，滚珠丝杠产生热变形直接导致机床的进给系统刚度降低和进给精度下降，从而影响了加工效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中在进行数控加工时，其滚珠丝杠运转时会温度上升而导致滚珠丝杠产生热变形，滚珠丝杠产生热变形直接导致机床的进给系统刚度降低和进给精度下降，从而影响了加工效果的问题，提供一种数控机床滚珠丝杠副的预拉伸结构和方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种数控机床滚珠丝杠副的预拉伸结构，包括设置在数控机床上的滑座和滚珠丝杠副，还包括第一锁紧螺母和第二锁紧螺母，所述滑座上固定安装有第一轴承座和第二轴承座，所述第一轴承座内设置有外隔套和内隔套，所述外隔套与所述内隔套之间设置有圆锥滚子轴承和深沟球轴承，所述外隔套上套设有第一端盖，所述第一端盖固定安装在所述第一轴承座上，所述滚珠丝杠副拉伸端依次穿过外隔套、圆锥滚子轴承、深沟球轴承和内隔套后与所述第一锁紧螺母螺纹连接，所述第二轴承座内设置有ZARN组合轴承，所述ZARN组合轴承通过第二端盖限制在所述第二轴承座内，所述滚珠丝杠副的固定端依次穿过第二端盖和ZARN组合轴承后与第二锁紧螺母螺纹连接，所述滚珠丝杠副的两端均分别可拆卸安装有第一千分表和第二千分表，所述第一千分表与所述第二千分表均固定安装在所述滑座上。
一种采用上述预拉伸结构的数控机床滚珠丝杠副的预拉伸方法，包括如下步骤：(1)计算拉伸量A，拉伸量A的计算公式为：A＝α·Δ·L，其中，α代表滚珠丝杠副的线膨胀系数11.8×10-6(1/℃)，Δ代表滚珠丝杠副在使用过程中的表面温度变化值2～3℃，L代表滚珠丝杠副的有效支撑长度；
(2)将第一千分表的指针顶在滚珠丝杠副的拉伸端端面，将第二千分表的指针顶在滚珠丝杠副固定端端面；
(3)读取第二千分表的指针读数A2，计算第一千分表的所需变化值A1：用第一步骤计算出的滚珠丝杠副的拉伸量A减去滚珠丝杠副固定端第二千分表的指针读数A2，及A1＝A-A2；
(4)旋转第一锁紧螺母，旋转第一锁紧螺母的同时，观察第一千分表的指针读数A1，待第一千分表的指针读数等于第三步骤计算出的第一千分表的所需变化值A1时，停止旋转第一锁紧螺母，预拉伸完成；
(5)若第二千分表的指针读数A2大于0.01mm，先重新安装第二轴承座内的ZARN组合轴承，用第二端盖紧固好，消除ZARN组合轴承的游隙，再将第一千分表和第二千分表的指针分别顶在滚珠丝杠副的拉伸端和固定端，控制滚珠丝杠副在手动转动时两端的轴向窜动小于或等于0.005mm，最后将第一千分表和第二千分表校零，重复第2步骤、第3步骤和第4步骤。
本发明的有益效果是:本发明的数控机床滚珠丝杠副的预拉伸结构和方法，伺服进给电机端ZARN组合轴承为固定端，另一端圆锥滚子轴承和深沟球轴承为拉伸端，通过旋转螺母对滚珠丝杠副进行预拉伸，拉伸量大小等于拉伸端千分表的读数与固定端千分表的读数之差，预先消除了丝杠运行中的热变形，减少和消除机床热变形对机床精度的影响，通过提高了滚珠丝杠机构的支撑刚性，有利于运转精度、传动系统的稳定性、抗震性和寿命的提高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的拉伸结构示意图；
图2是本发明图1中A处的放大图；
图3是本发明图1中B处的放大图。
图中：1.滑座，2.伺服电机，3.滚珠丝杠副，4.第一锁紧螺母，5.第一轴承座，6.外隔套，7.内隔套，8.圆锥滚子轴承，9.深沟球轴承，10.第一端盖，11.第一千分表，12.第二千分表，13.ZARN组合轴承，14.联轴器，15.第二锁紧螺母，16.电机座，17.第二轴承座，18.第二端盖，19.螺母座，20.工作台。
具体实施方式
现在结合附图对本发明做进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示的一种数控机床滚珠丝杠副的预拉伸结构，包括设置在数控机床上的滑座1和滚珠丝杠副3和第一锁紧螺母4，滑座1上固定安装有第一轴承座5和第二轴承座17，第一轴承座5内设置有外隔套6和内隔套7，外隔套6与内隔套7之间设置有圆锥滚子轴承8和深沟球轴承9，外隔套6上套设有第一端盖10，第一端盖10固定安装在第一轴承座5上，如图2所示，滚珠丝杠副3拉伸端依次穿过外隔套6、圆锥滚子轴承8、深沟球轴承9和内隔套7后与第一锁紧螺母4螺纹连接，在滚珠丝杠副3的拉伸端使用刚性较好圆锥滚子轴承8和深沟球轴承9，适合立式车床强力切削使用，并在拉伸端使用单个螺母对滚珠丝杠副3进行自锁，使本拉伸结构较简单，方便操作；如图3所示，第二轴承座17内设置有ZARN组合轴承13，ZARN组合轴承13通过第二端盖18限制在第二轴承座17内，滚珠丝杠副3的固定端依次穿过第二端盖18和ZARN组合轴承13后与第二锁紧螺母15螺纹连接。滚珠丝杠副3的两端均分别可拆卸安装有第一千分表11和第二千分表12，第一千分表11与第二千分表12均固定安装在滑座1上，滚珠丝杠副3上固定安装螺母座19，螺母座19与数控机床的工作台20固定连接。
一种采用上述预拉伸结构的数控机床滚珠丝杠副的预拉伸方法，包括如下步骤：(1)计算拉伸量A，拉伸量A的计算公式为：A＝α·Δ·L，其中，α代表滚珠丝杠副3的线膨胀系数11.8×10-6(1/℃)，Δ代表滚珠丝杠副3在使用过程中的表面温度变化值2～3℃，L代表滚珠丝杠副3的有效支撑长度；本发明的滚珠丝杠副3的有效支撑长度L＝1138mm，取温度变化值Δ＝2℃，滚珠丝杠副3的拉伸量A＝11.8×10-6×2×1138＝0.0268mm，实际装配安装时按0.0268mm对滚珠丝杠副3进行拉伸。
(2)调整好滚珠丝杠副3两端的电机座16、第一轴承座5和第二轴承座17的轴心线必需与螺母座19轴线在同一直线上，螺母座19轴线与滑座1上导轨的正、侧面要保证平行，其平行度取(0.02/1000)mm；安装好伺服电机2上第二轴承座17内的ZARN组合轴承13，装配、紧固好第二端盖18，消除ZARN组合轴承13的游隙，然后，装配第一轴承座5内的圆锥滚子轴承8、深沟球轴承9和第一端盖10；将第一千分表11和第二千分表12均通过螺钉固定在滑座1上，使第一千分表11处于滚珠丝杠副3的拉伸端，第二千分表12处于滚珠丝杠副3的固定端；将第一千分表11的指针顶在滚珠丝杠副3的拉伸端端面，将第二千分表12的指针顶在滚珠丝杠副3固定端端面；
(3)读取第二千分表12的指针读数A2，计算第一千分表11的所需变化值A1：用第一步骤计算出的滚珠丝杠副3的拉伸量A减去滚珠丝杠副3固定端第二千分表12的指针读数A2，及A1＝A-A2；本发明的第二千分表12的指针读数A2为0.01，则第一千分表11的所需变化值A1＝0.0268-0.01＝0.0168mm。
(4)旋转第一锁紧螺母4，旋转第一锁紧螺母4的同时，观察第一千分表11的指针读数A1，待第一千分表11的指针读数等于第三步骤计算出的第一千分表11的所需变化值A1时，及第一千分表11的指针读数为0.0168时，停止旋转第一锁紧螺母4，预拉伸完成，将螺母座19和工作台20相连，紧固滚珠丝杠副3的法兰与螺母座19的连接螺钉，滚珠丝杠副3与螺母座19径向尺寸是间隙配合，配合间隙一般为1～2毫米；使用联轴器14将滚珠丝杠副3和伺服电机2直连，滚珠丝杠副3开始工作。
(5)若第二千分表12的指针读数A2大于0.01mm，先重新安装第二轴承座17内的ZARN组合轴承13，用第二端盖18紧固好，消除ZARN组合轴承13的游隙，再将第一千分表11和第二千分表12的指针分别顶在滚珠丝杠副3的拉伸端和固定端，控制滚珠丝杠副3在手动转动时两端的轴向窜动小于或等于0.005mm，最后将第一千分表11和第二千分表12校零，重复第2步骤、第3步骤和第4步骤。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (2)

1.一种数控机床滚珠丝杠副的预拉伸结构，包括设置在数控机床上的滑座(1)和滚珠丝杠副(3)，其特征在于：还包括第一锁紧螺母(4)和第二锁紧螺母(15)，所述滑座(1)上固定安装有第一轴承座(5)和第二轴承座(17)，所述第一轴承座(5)内设置有外隔套(6)和内隔套(7)，所述外隔套(6)与所述内隔套(7)之间设置有圆锥滚子轴承(8)和深沟球轴承(9)，所述外隔套(6)上套设有第一端盖(10)，所述第一端盖(10)固定安装在所述第一轴承座(5)上，所述滚珠丝杠副(3)拉伸端依次穿过外隔套(6)、圆锥滚子轴承(8)、深沟球轴承(9)和内隔套(7)后与所述第一锁紧螺母(4)螺纹连接，所述第二轴承座(17)内设置有ZARN组合轴承(13)，所述ZARN组合轴承(13)通过第二端盖(18)限制在所述第二轴承座(17)内，所述滚珠丝杠副(3)的固定端依次穿过第二端盖(18)和ZARN组合轴承(13)后与第二锁紧螺母(15)螺纹连接，所述滚珠丝杠副(3)的两端均分别可拆卸安装有第一千分表(11)和第二千分表(12)，所述第一千分表(11)与所述第二千分表(12)均固定安装在所述滑座(1)上。
2.一种采用权利要求1所述预拉伸结构的数控机床滚珠丝杠副的预拉伸方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)计算拉伸量A，拉伸量A的计算公式为：A＝α·Δ·L，其中，α代表滚珠丝杠副(3)的线膨胀系数11.8×10-6(1/℃)，Δ代表滚珠丝杠副(3)在使用过程中的表面温度变化值2～3℃，L代表滚珠丝杠副(3)的有效支撑长度；
(2)将第一千分表(11)的指针顶在滚珠丝杠副(3)的拉伸端端面，将第二千分表(12)的指针顶在滚珠丝杠副(3)固定端端面；
(3)读取第二千分表(12)的指针读数A2，计算第一千分表(11)的所需变化值A1：用第一步骤计算出的滚珠丝杠副(3)的拉伸量A减去滚珠丝杠副(3)固定端第二千分表(12)的指针读数A2，及A1＝A-A2；
(4)旋转第一锁紧螺母(4)，旋转第一锁紧螺母(4)的同时，观察第一千分表(11)的指针读数A1，待第一千分表(11)的指针读数等于第三步骤计算出的第一千分表(11)的所需变化值A1时，停止旋转第一锁紧螺母(4)，预拉伸完成；
(5)若第二千分表(12)的指针读数A2大于0.01mm，先重新安装第二轴承座(17)内的ZARN组合轴承(13)，用第二端盖(18)紧固好，消除ZARN组合轴承(13)的游隙，再将第一千分表(11)和第二千分表(12)的指针分别顶在滚珠丝杠副(3)的拉伸端和固定端，控制滚珠丝杠副(3)在手动转动时两端的轴向窜动小于或等于0.005mm，最后将第一千分表(11)和第二千分表(12)校零，重复第2步骤、第3步骤和第4步骤。
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