CN110174207A - 一种高速滚珠丝杠进给测试用丝杠预紧力检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速滚珠丝杠进给测试用丝杠预紧力检测装置，涉及机械制造技术领域。本发明包括直线进给系统、丝杠螺母预紧力调节和测量装置；直线进给系统包括底座、伺服电机；底座的一端固定有电机支撑座；伺服电机固定在的电机支撑座上；底座上与电机支撑座相对的一端设置可滑动的移动平台；移动平台下表面设有滑动组件；底座、移动平台上分别固定第一滚珠丝杠固定支撑端和第二滚珠丝杠固定支撑端。本发明通过设计的轴向力驱动保持装置、侧面线束导向装置，将预紧力的限定在滚珠丝杠轴向上，提高了检测数据的准确性，检测数据传输的稳定性，解决了现有检测数据与实际数据不吻合的问题。

Description

一种高速滚珠丝杠进给测试用丝杠预紧力检测装置

技术领域

本发明属于机械制造技术领域，特别是涉及一种高速滚珠丝杠进给测试用丝杠预紧力检测装置。

背景技术

滚珠丝杠是数控机床直线传动系统中的重要组成部件，其精度、刚度、可靠性等性能直接影响到机床的加工精度和加工稳定性。在实际使用过程中，由于加工制造和装配误差，滚珠丝杠螺母与滚珠之间总存在一定的间隙，另外，在运动过程中，丝杠由于受到轴向载荷的作用会导致部件产生一定的变形，从而在反向运动过程中会出现空程误差，这些都降低了滚珠丝杠的轴向传动精度以及轴向刚度。为了解决上述问题，目前通常采用的方法是对丝杠螺母实现预紧，以提高丝杠副的刚度，消除间隙。常用的丝杠螺母预紧方法有：单螺母滚珠过盈预紧，双螺母预紧。其中，单螺母过盈预紧采用直径偏大的滚珠，使得在初始运行阶段，滚珠受到一定的挤压变形，产生挤压力，实现丝杠螺母的预紧；双螺母预紧通常是在两个螺母之间放置垫片，使用螺钉使两个螺母压紧，从而实现丝杠螺母之间的预紧，另外还可以将两个螺母之间采用平键进行连接，采用圆螺母挤压其中一个螺母的方法进行预紧。这些预紧方法不能精确的控制预紧力的大小，而且预紧力的分布也难以确定，有可能导致预紧力在丝杠螺母端面分布不均匀，产生附加扭矩，影响丝杠螺母的运行性能，导致运行不平稳，磨损加剧等。在丝杠运行的整个行程范围内，预紧力是否平衡可以反映丝杠的加工性能，另外，当进给系统运行一定时间后，由于丝杠的变形，滚珠的磨损等因素的影响，丝杠的预紧力大小会发生变化，通过测量该值的变化可以在一定的程度上系统的性能，实现系统运行状况的检测，然而现有的预紧装置无法丝杠预紧力的大小进行实时检测。

滚珠丝杠在工作过程中，由于丝杠与滚珠之间的摩擦力作用，导致丝杠受热变形，丝杠的受热伸长会导致定位精度的降低，从而影响加工精度，为了补偿丝杠的热伸长量并提高丝杠的轴向刚度，一般事先对丝杠进行预拉伸操作，即在丝杠制造过程中，实际加工的丝杠导程要小于名义值，在装配过程中对丝杠进行预拉伸，使得丝杠的实际导程达到名义值，因此丝杠的拉应力补偿了丝杠摩擦发热产生的热应力，从而减小了温升对丝杠长度的影响，并且在一定程度上提高丝杠的轴向刚度。

现有的丝杆预紧力检测都是之间检测两个丝杠螺母之间的力，所检测的点位可能存在一端的丝杠螺母倾斜，检测的力不是均匀的受力，且一部分力不在滚珠丝杠轴向上，造成检测数据与实际数据不符；现有预紧力检测时电线没有很好的设置，在检测过程中容易造成数据信息传输的不稳定以及信号线易折损的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高速滚珠丝杠进给测试用丝杠预紧力检测装置，通过设计的轴向力驱动保持装置、侧面线束导向装置，将预紧力的限定在滚珠丝杠轴向上，提高了检测数据的准确性，检测数据传输的稳定性，解决了现有检测数据与实际数据不吻合的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种高速滚珠丝杠进给测试用丝杠预紧力检测装置，包括直线进给系统、丝杠螺母预紧力调节和测量装置；所述直线进给系统包括底座、伺服电机；所述底座的一端固定有电机支撑座；所述伺服电机固定在所述的电机支撑座上；所述底座上与电机支撑座相对的一端设置可滑动的移动平台；所述移动平台下表面设有滑动组件；所述底座、移动平台上分别固定第一滚珠丝杠固定支撑端和第二滚珠丝杠固定支撑端；所述第一滚珠丝杠固定支撑端与第二滚珠丝杠固定支撑端之间设置有滚珠丝杠；所述滚珠丝杠一端通过联轴器与伺服电机的转轴连接；所述滚珠丝杠上套接有两个旋向相反的法兰型式的第一丝杠螺母和第二丝杠螺母：

还包括轴向力驱动保持装置、侧面线束导向装置；所述侧面线束导向装置固在底座一侧面；

所述轴向力驱动保持装置包括第一圆形单开口板、第二圆形单开口板；所述第一圆形单开口板与第二圆形单开口板分别与第一丝杠螺母法兰板、第二丝杠螺母法兰板连接；所述第一圆形单开口板相邻第二圆形单开口板一侧面环形排列固定有导向圆柱一端；所述导向圆柱与第二圆形单开口板滑动连接；所述第一圆形单开口板一侧面固定有竖向单开口板；所述竖向单开口板两端部下表面均固定有一个水平连接板；两个所述水平连接板通过滑轨滑块机构与底座相对滑动连接。

进一步地，所述丝杠螺母预紧力调节和测量装置为：所述第一丝杠螺母和第二丝杠螺母之间通过四个均匀分布的结构完全相同的预紧力装置进行连接；所述预紧力装置包括第一螺纹杆、第一螺母、第一推力轴承、第一弹簧、第一直线轴承、第一连接轴、第一拉压传感器；所述第一直线轴承通过过盈配合安装于所述第一连接轴内部；所述第一螺纹杆的末端插入第一直线轴承中；所述第一拉压传感器的一端通过螺纹与第一连接轴相连；所述第一拉压传感器的另一端通过螺纹与第二丝杠螺母的法兰盘固定连接；所述第一螺纹杆的一端通过螺纹与第一丝杠螺母的法兰盘固定连接；所述第一螺母通过螺纹与第一螺纹杆连接；所述第一推力轴承和第一弹簧依次套于第一螺纹杆上；所述第一推力轴承的一端面紧贴于第一螺母的端面上；所述第一弹簧的一端面紧贴于第一连接轴的端面上。

进一步地，所述滑轨滑块机构包括平行排列的两个第一直线导轨；两个所述第一直线导轨上均滑动连接有两个第一滑块。

进一步地，所述侧面线束导向装置包括两个与底座侧面固定连接的竖向支撑杆；两个所述竖向支撑杆上端通过钢丝绳连接；所述钢丝绳上滑动连接有多个滑轮。

进一步地，所述竖向单开口板一表面开有两列圆形通孔。

进一步地，所述滑动组件包括平行排列的两个第二直线导轨；两个所述第二直线导轨上均滑动连接有两个第二滑块；四个所述第二滑块通过螺栓与移动平台连接。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明在伺服电机驱动滚珠丝杠高速转动，第一丝杠螺母、丝杠螺母预紧力调节和测量装置、第二丝杠螺母带动轴向力驱动保持装置进行高速的进给，轴向力驱动保持装置中的第一圆形单开口板、第二圆形单开口板平行设置且分别与第一丝杠螺母、第二丝杠螺母固定，第一圆形单开口板上环形排列固定的导向圆柱与第二圆形单开口板滑动配合，保障第一丝杠螺母、第二丝杠螺母之间在进给时不发生相对转动，保障预紧力只有轴向受力，减小测量预紧力与实际预紧力之间的误差。

2、本发明通过设计的侧面线束导向装置可以将连接导线呈S形连接在四个滑轮上，在轴向力驱动保持装置运动时随之在钢丝绳上滑动，便于长时间的往复高速进给测试时电缆安全稳定使用，数据传输稳定；竖向单开口板上两列中对应的圆形通孔穿过扎带方便将连接第一拉压传感器的导线进行绑扎固定，确保运动过程中数据传输的稳定性。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种高速滚珠丝杠进给测试用丝杠预紧力检测装置的结构示意图；

图2为轴向力驱动保持装置前视视角的结构示意图；

图3为轴向力驱动保持装置后视视角的结构示意图；

图4为直线进给系统与侧面线束导向装置的结构示意图；

图5为丝杠螺母预紧力调节和测量装置的结构爆炸示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-底座，2-伺服电机，3-电机支撑座，4-滚珠丝杠，5-联轴器，6-第一滚珠丝杠固定支撑端，7-移动平台，8-第二滚珠丝杠固定支撑端，9-第一丝杠螺母，10-第二丝杠螺母，11-滑轨滑块机构，12-轴向力驱动保持装置，13-侧面线束导向装置，14-第一圆形单开口板，15-第二圆形单开口板，16-导向圆柱，17-竖向单开口板，18-水平连接板，19-第一螺纹杆，20-第一螺母，21-第一推力轴承，22-第一弹簧，23-第一直线轴承，24-第一连接轴，25-第一拉压传感器，26-第一滑块，27-竖向支撑杆，28-钢丝绳，29-滑轮，30-第一直线导轨，31-第二滑块，32-第一直线导轨，171-圆形通孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2所示，本发明为一种高速滚珠丝杠进给测试用丝杠预紧力检测装置，包括直线进给系统、丝杠螺母预紧力调节和测量装置；直线进给系统包括底座1、伺服电机2；底座1的一端固定有电机支撑座3；伺服电机2固定在的电机支撑座3上；底座1上与电机支撑座3相对的一端设置可滑动的移动平台7；移动平台7下表面设有滑动组件；底座1、移动平台7上分别固定第一滚珠丝杠固定支撑端6和第二滚珠丝杠固定支撑端8；第一滚珠丝杠固定支撑端6与第二滚珠丝杠固定支撑端8之间设置有滚珠丝杠4；滚珠丝杠4一端通过联轴器5与伺服电机2的转轴连接；滚珠丝杠4上套接有两个旋向相反的法兰型式的第一丝杠螺母9和第二丝杠螺母10：还包括轴向力驱动保持装置12、侧面线束导向装置13；侧面线束导向装置13固在底座1一侧面；

轴向力驱动保持装置12包括第一圆形单开口板14、第二圆形单开口板15；第一圆形单开口板14与第二圆形单开口板15分别与第一丝杠螺母9法兰板、第二丝杠螺母10法兰板连接；第一圆形单开口板14相邻第二圆形单开口板15一侧面环形排列固定有导向圆柱16一端；导向圆柱16与第二圆形单开口板15滑动连接；第一圆形单开口板14一侧面固定有竖向单开口板17；竖向单开口板17两端部下表面均固定有一个水平连接板18；两个水平连接板18通过滑轨滑块机构11与底座1相对滑动连接；在伺服电机2驱动滚珠丝杠4高速转动，第一丝杠螺母9、丝杠螺母预紧力调节和测量装置、第二丝杠螺母10带动轴向力驱动保持装置12进行高速的进给，轴向力驱动保持装置12中的第一圆形单开口板14、第二圆形单开口板15平行设置且分别与第一丝杠螺母9、第二丝杠螺母10固定，第一圆形单开口板14上环形排列固定的导向圆柱16与第二圆形单开口板15滑动配合，保障第一丝杠螺母9、第二丝杠螺母10之间在进给时不发生相对转动，保障预紧力只有轴向受力，减小测量预紧力与实际预紧力之间的误差。

其中如图5所示，丝杠螺母预紧力调节和测量装置为：第一丝杠螺母9和第二丝杠螺母10之间通过四个均匀分布的结构完全相同的预紧力装置进行连接；预紧力装置包括第一螺纹杆19、第一螺母20、第一推力轴承21、第一弹簧22、第一直线轴承23、第一连接轴24、第一拉压传感器25；第一直线轴承23通过过盈配合安装于第一连接轴24内部；第一螺纹杆19的末端插入第一直线轴承23中；第一拉压传感器25的一端通过螺纹与第一连接轴24相连；第一拉压传感器25的另一端通过螺纹与第二丝杠螺母10的法兰盘固定连接；第一螺纹杆19的一端通过螺纹与第一丝杠螺母9的法兰盘固定连接；第一螺母20通过螺纹与第一螺纹杆19连接；第一推力轴承21和第一弹簧22依次套于第一螺纹杆19上；第一推力轴承21的一端面紧贴于第一螺母20的端面上；第一弹簧22的一端面紧贴于第一连接轴24的端面上；第一丝杠螺母9和第二丝杠螺母10的旋向相反，这样可以保证在滚珠丝杠4旋转时同时向着一个方向运动；当旋紧第一螺母20时，会通过第一推力轴承21压缩第一弹簧22，这里在第一螺母20和第一弹簧22之间加入了第一推力轴承21，是为了减小第一螺母20旋紧过程中的摩擦力对第一弹簧22压缩过程的影响，否则第一弹簧22在压缩过程中会产生扭转，影响力的传递，而且当第一弹簧22压缩较大时，第一螺母20会因为摩擦力作用导致旋紧困难；第一弹簧22的压缩产生的作用力一方面依次通过第一推力轴承21、第一螺母20、第一螺纹杆19作用于第一丝杠螺母9上，另一方面依次通过第一连接轴24、第一拉压传感器25传递作用于第二丝杠螺母10上，从而实现对第一丝杠螺母9和第二丝杠螺母10的预紧；由于第一螺纹轴19在第一直线轴承23中运动的摩擦力很小，可以忽略不计，因此第一拉压传感器25所测量的值即为第一预紧装置的预紧力大小。其他两个预紧装置的工作过程与之相同，由于四个预紧装置在第一丝杠螺母9和第二丝杠螺母10之间均匀布置，因此可以通过调节第一螺母20、第二螺母、第三螺母使得四个预紧装置产生的预紧力相同，即保证丝杠螺母预紧力的大小能够均匀分布，从而保证预紧力的方向沿着滚珠丝杠4的轴向，不会产生其他方向的分力以及附加扭矩。

其中如图1所示，滑轨滑块机构11包括平行排列的两个第一直线导轨32；两个第一直线导轨32上均滑动连接有两个第一滑块26。

其中如图4所示，侧面线束导向装置13包括两个与底座1侧面固定连接的竖向支撑杆27；两个竖向支撑杆27上端通过钢丝绳28连接；钢丝绳28上滑动连接有多个滑轮29，滑动组件包括平行排列的两个第二直线导轨30；两个第二直线导轨30上均滑动连接有两个第二滑块31；四个第二滑块31通过螺栓与移动平台7连接，设计的侧面线束导向装置13可以将连接导线成S形连接在四个滑轮29上，在轴向力驱动保持装置12运动时随之在钢丝绳28上滑动，便于长时间的往复高速进给测试时电缆安全稳定使用。

其中如图3所示，竖向单开口板17一表面开有两列圆形通孔171，两列中对应的圆形通孔171穿过扎带方便将连接第一拉压传感器25的导线进行绑扎固定，确保运动过程中数据传输的稳定性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种高速滚珠丝杠进给测试用丝杠预紧力检测装置，包括直线进给系统、丝杠螺母预紧力调节和测量装置；所述直线进给系统包括底座（1）、伺服电机（2）；所述底座（1）的一端固定有电机支撑座（3）；所述伺服电机（2）固定在所述的电机支撑座（3）上；所述底座（1）上与电机支撑座（3）相对的一端设置可滑动的移动平台（7）；所述移动平台（7）下表面设有滑动组件；所述底座（1）、移动平台（7）上分别固定第一滚珠丝杠固定支撑端（6）和第二滚珠丝杠固定支撑端（8）；所述第一滚珠丝杠固定支撑端（6）与第二滚珠丝杠固定支撑端（8）之间设置有滚珠丝杠（4）；所述滚珠丝杠（4）一端通过联轴器（5）与伺服电机（2）的转轴连接；所述滚珠丝杠（4）上套接有两个旋向相反的法兰型式的第一丝杠螺母（9）和第二丝杠螺母（10）；其特征在于：

还包括轴向力驱动保持装置（12）、侧面线束导向装置（13）；所述侧面线束导向装置（13）固在底座（1）一侧面；

所述轴向力驱动保持装置（12）包括第一圆形单开口板（14）、第二圆形单开口板（15）；所述第一圆形单开口板（14）与第二圆形单开口板（15）分别与第一丝杠螺母（9）法兰板、第二丝杠螺母（10）法兰板连接；所述第一圆形单开口板（14）相邻第二圆形单开口板（15）一侧面环形排列固定有导向圆柱（16）一端；所述导向圆柱（16）与第二圆形单开口板（15）滑动连接；所述第一圆形单开口板（14）一侧面固定有竖向单开口板（17）；所述竖向单开口板（17）两端部下表面均固定有一个水平连接板（18）；两个所述水平连接板（18）通过滑轨滑块机构（11）与底座（1）相对滑动连接。

2.根据权利要求1所述的一种高速滚珠丝杠进给测试用丝杠预紧力检测装置，其特征在于，所述丝杠螺母预紧力调节和测量装置为：所述第一丝杠螺母（9）和第二丝杠螺母（10）之间通过四个均匀分布的结构完全相同的预紧力装置进行连接；所述预紧力装置包括第一螺纹杆（19）、第一螺母（20）、第一推力轴承（21）、第一弹簧（22）、第一直线轴承（23）、第一连接轴（24）、第一拉压传感器（25）；所述第一直线轴承（23）通过过盈配合安装于所述第一连接轴（24）内部；所述第一螺纹杆（19）的末端插入第一直线轴承（23）中；所述第一拉压传感器（25）的一端通过螺纹与第一连接轴（24）相连；所述第一拉压传感器（25）的另一端通过螺纹与第二丝杠螺母（10）的法兰盘固定连接；所述第一螺纹杆（19）的一端通过螺纹与第一丝杠螺母（9）的法兰盘固定连接；所述第一螺母（20）通过螺纹与第一螺纹杆（19）连接；所述第一推力轴承（21）和第一弹簧（22）依次套于第一螺纹杆（19）上；所述第一推力轴承（21）的一端面紧贴于第一螺母（20）的端面上；所述第一弹簧（22）的一端面紧贴于第一连接轴（24）的端面上。

3.根据权利要求1所述的一种高速滚珠丝杠进给测试用丝杠预紧力检测装置，其特征在于，所述滑轨滑块机构（11）包括平行排列的两个第一直线导轨（32）；两个所述第一直线导轨（32）上均滑动连接有两个第一滑块（26）。

4.根据权利要求1所述的一种高速滚珠丝杠进给测试用丝杠预紧力检测装置，其特征在于，所述侧面线束导向装置（13）包括两个与底座（1）侧面固定连接的竖向支撑杆（27）；两个所述竖向支撑杆（27）上端通过钢丝绳（28）连接；所述钢丝绳（28）上滑动连接有多个滑轮（29）。

5.根据权利要求1所述的一种高速滚珠丝杠进给测试用丝杠预紧力检测装置，其特征在于，所述竖向单开口板（17）一表面开有两列圆形通孔（171）。

6.根据权利要求1所述的一种高速滚珠丝杠进给测试用丝杠预紧力检测装置，其特征在于，所述滑动组件包括平行排列的两个第二直线导轨（30）；两个所述第二直线导轨（30）上均滑动连接有两个第二滑块（31）；四个所述第二滑块（31）通过螺栓与移动平台（7）连接。