CN112025379A - 丝杆预拉伸调节结构及方法、数控机床 - Google Patents

丝杆预拉伸调节结构及方法、数控机床 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种丝杆预拉伸调节结构及方法、数控机床。其中的丝杆预拉伸调节结构,包括丝杆以及支撑于所述丝杆的第一端的第一支撑轴承组件,还包括:温度检测部件,用于检测所述丝杆运转过程中的实时温度;控制部件,用于接收所述实时温度并根据所述实时温度获得相应的目标预紧力并发出位移控制信号;执行机构,与所述第一支撑轴承组件对应设置,用于接收所述位移控制信号并调整所述第一支撑轴承组件中的轴承的预紧力为目标预紧力。根据本发明的一种丝杆预拉伸调节结构及方法、数控机床,能够检测丝杆运行过程中的实时温度并依据实时温度控制执行机构调整对应轴承的预紧力,进而实现对丝杆的动态预拉伸,有效应对丝杆的热变形问题、保证机床进给系统的精度。

Description

丝杆预拉伸调节结构及方法、数控机床
技术领域
本发明属于数控机床制造技术领域,具体涉及一种丝杆预拉伸调节结构及方法、数控机床。
背景技术
在数控机床进行高速高精密切削加工时,要丝杆传动系统具有高精度,而环境温度的变化和工作负载时的温度变化对丝杆的传动精度有较大影响。为削减机床工作负载时温升对丝杆精度的影响,保证数控机床的精度,需要对丝杆做预拉伸,以提高其刚性并减小其热变形。目前常用的丝杆预拉伸结构有调整垫片结构、锁紧螺母结构两种方式,这两种方式均是根据经验较模糊地对丝杆做一个定值的预拉伸量,若预拉伸量较小,则不能有效提高丝杆精度,若预拉伸量较大,会造成支撑轴承预紧力过大,进而增加发热并损坏轴承,明显降低丝杆及轴承的精度及使用寿命。
发明内容
因此,本发明要解决的技术问题在于提供一种丝杆预拉伸调节结构及方法、数控机床,能够检测丝杆运行过程中的实时温度并依据实时温度控制执行机构调整对应轴承的预紧力,进而实现对丝杆的动态预拉伸,有效应对丝杆的热变形问题、保证机床进给系统的精度。
为了解决上述问题,本发明提供一种丝杆预拉伸调节结构,包括丝杆以及支撑于所述丝杆的第一端的第一支撑轴承组件,还包括:
温度检测部件,用于检测所述丝杆运转过程中的实时温度;
控制部件,用于接收所述实时温度并根据所述实时温度获得相应的目标预紧力并发出位移控制信号;
执行机构,与所述第一支撑轴承组件对应设置,用于接收所述位移控制信号并调整所述第一支撑轴承组件中的轴承的预紧力为目标预紧力。
优选地,所述执行机构包括液压油缸、换向阀、油泵、油源,所述液压油缸、换向阀、油泵、油源通过管路形成液压驱动回路,当所述液压驱动回路运转时,所述液压油缸的活塞杆能够朝向或者远离所述轴承运动。
优选地,所述活塞杆的伸出端连接有弹性件,所述弹性件连接于所述活塞杆与所述轴承之间。
优选地,所述丝杆的第一端套装有外套筒,所述外套筒上具有施力凸缘,所述施力凸缘沿所述外套筒的轴向延伸并与所述轴承靠近所述执行机构的一侧端面接触,所述弹性件的第一端套装于所述外套筒上。
优选地,所述外套筒远离所述轴承的一侧端面上设有第一环槽,所述弹性件的第一端嵌装于所述第一环槽内。
优选地,所述活塞杆的伸出端端面上构造有第二环槽,所述弹性件的第二端嵌装于所述第二环槽内。
优选地,所述第一支撑轴承组件还包括用于安装所述轴承的轴承安装座以及用于安装所述轴承安装座的轴承座,所述轴承的轴向两端分别由轴承压盖以及所述轴承安装座形成定位。
本发明还提供一种丝杆预拉伸调节方法,用于控制上述的丝杆预拉伸调节结构,包括如下步骤:
获取丝杆的实时温度;
比较获取的实时温度与丝杆初始温度得出丝杆实时温升;
根据获得实时温升获取目标预紧力;
控制执行机构运行。
优选地,当所述执行机构包括液压油缸时,
在目标预紧力需要增大时,控制液压油缸的活塞杆朝向轴承运动;
在目标预紧力需要减小时,控制液压油缸的活塞杆远离轴承运动。
本发明还提供一种数控机床,包括上述的丝杆预拉伸调节结构。
本发明提供的一种丝杆预拉伸调节结构及方法、数控机床,通过所述温度检测部件检测丝杆运行过程中的实时温度并依据实时温度控制执行机构调整对应轴承的预紧力,进而实现对丝杆的动态预拉伸,有效应对丝杆的热变形问题、保证机床进给系统的精度。
附图说明
图1为本发明实施例的丝杆预拉伸调节结构的结构示意图;
图2为图1的局部结构示意图;
图3为图1中执行机构的液压驱动回路原理示意图。
附图标记表示为:
1、丝杆;2、第一支撑轴承组件;21、轴承;22、轴承安装座;23、轴承座;24、轴承压盖;25、内套筒;26、密封圈;3、温度检测部件;4、控制部件;5、执行机构;51、液压油缸;511、活塞杆;512、第二环槽;52、换向阀;53、油泵;54、油源;55、弹性件;61、外套筒;62、施力凸缘;63、第一环槽;100、第二支撑轴承组件;101、电机;102、联轴器。
具体实施方式
结合参见图1至图3所示,根据本发明的实施例,提供一种丝杆预拉伸调节结构,包括丝杆1、支撑于所述丝杆1的第一端的第一支撑轴承组件2、支撑于所述丝杆1的第二端的第二支撑轴承组件100,还包括:温度检测部件3,用于检测所述丝杆1运转过程中的实时温度;控制部件4,用于接收所述实时温度并根据所述实时温度获得相应的目标预紧力并发出位移控制信号;执行机构5,与所述第一支撑轴承组件2对应设置,用于接收所述位移控制信号并调整所述第一支撑轴承组件2中的轴承21的预紧力为目标预紧力,所述丝杠1的第二端通过联轴器102与电机101驱动连接。该技术方案中,通过所述温度检测部件3检测丝杆运行过程中的实时温度并依据实时温度控制执行机构调整对应轴承的预紧力,进而实现对丝杆的动态预拉伸,有效应对丝杆的热变形问题、保证机床进给系统的精度。所述温度检测部件3最好的采用红外温度传感器。
具体的,所述执行机构5例如可以采用气缸以及相应的气动系统,但气动系统在力控制的稳定性上有所欠缺,因此优选地,所述执行机构5包括液压油缸51、换向阀52(优选为电磁换向阀)、油泵53、油源54(例如油箱),所述液压油缸51、换向阀52、油泵53、油源54通过管路形成液压驱动回路,当所述液压驱动回路运转时,所述液压油缸51的活塞杆511能够朝向或者远离所述轴承21运动,通过液压驱动回路实现对执行机构5的运动控制,对轴承21的预紧力控制更加精准、稳定。
进一步地,所述活塞杆511的伸出端连接有弹性件55,所述弹性件55连接于所述活塞杆511与所述轴承21之间,具体的,所述弹性件55例如为弹簧,由此实现所述执行机构5对所述轴承21的柔性施压,防止对轴承结构的破坏。
更进一步的,所述丝杆1的第一端套装有外套筒61,所述外套筒61上具有施力凸缘62,所述施力凸缘62沿所述外套筒61的轴向延伸并与所述轴承21靠近所述执行机构5的一侧端面接触,所述弹性件55的第一端套装于所述外套筒61上,所述弹性件55的第一端通过所述施力凸缘62与所述轴承21接触连接,所述施力凸缘62成环状能够对所述轴承21的轴向施加均匀的推力,进而保证轴承21的姿态稳定性。
所述外套筒61远离所述轴承21的一侧端面上设有第一环槽63,所述弹性件55的第一端嵌装于所述第一环槽63内,最好的,所述活塞杆511的伸出端端面上构造有第二环槽512,所述弹性件55的第二端嵌装于所述第二环槽512内。该技术方案中,所述弹性件55的两端分别通过所述第一环槽63、第二环槽512嵌装,能够有效防止所述弹性件55被压缩时的扭转现象发生,进而保证预紧力的施加有效性。
在具体结构上,所述第一支撑轴承组件2还包括用于安装所述轴承21的轴承安装座22以及用于安装所述轴承安装座22的轴承座23,所述轴承21的轴向两端分别由轴承压盖24以及所述轴承安装座22形成定位,所述轴承21首先安装于所述轴承安装座22中,然后所述轴承安装座22再与所述轴承座23组装,最后采用所述轴承压盖24形成对所述轴承21的轴向定位,装配更加简单。进一步地,所述轴承21可以为双列结构,轴承21靠近丝杆1的中部区域一侧还设有内套筒25以及密封圈,以防止粉尘进入所述轴承21内。
根据本发明的实施例,还提供一种丝杆预拉伸调节方法,用于控制上述的丝杆预拉伸调节结构,包括如下步骤:
通过所述温度检测部件3获取丝杆1的实时温度;
比较获取的实时温度与丝杆初始温度得出丝杆实时温升△T;
根据获得实时温升△T获取目标预紧力F;
控制执行机构5运行。
当所述执行机构5包括液压油缸51时,
在目标预紧力需要增大时,控制液压油缸51的活塞杆511朝向轴承21运动;
在目标预紧力需要减小时,控制液压油缸51的活塞杆511远离轴承21运动。
具体的,结合图2及图3,通过设置的温度检测部件3采集到丝杆1实时工作运转时的温度信息,传输到控制部件4,活塞将液压缸分成左右两个油腔,两油腔各设置一压力计,用于监测左、右油腔的压力信息并输出油腔压力信息至控制部件4,控制部件4负责信号处理分析并发出指令控制油泵53及换向阀52的工作情况。
根据收到的温度信息T与丝杆初始温度值比较,得出丝杆的实时温升ΔT,
根据预拉伸量X=K1*ΔT,所需预紧力F=K2*X,实际预紧力F=P2*A2-P1*A1,可实现由温升到预拉伸量的计算确定,从而实现实时动态调节丝杆预拉伸。其中,X为丝杆的预拉伸量、K1为温升与预拉伸量转换系数、F为要实现X预拉伸量所需的预紧力(亦为活塞杆511对弹性件55的压力),K2为预紧力与预拉伸量转换系数,P2为左油缸的油压值,A2为左油缸内的油对活塞的作用面积,P1为右油缸的油压值,A1为右油缸内的油对活塞的作用面积。根据实时的温升值,若需要增大预拉伸量,则控制油泵53工作,换向阀52调至左位,P口与A口接通,B口与T口接通(其中P口为进油口,与油泵53相连,T口为出油口,与油源54(油箱)相连,A口与左缸相连,B口与右缸相连),实现左腔油压P2升高,右腔油压P1下降,当压力值能达到提供所需压紧力F时,换向阀52恢复至中位、各口关闭,油泵53随即停止工作,在油泵53与换向阀52之间设置有一单向阀,仅允许油泵向换向阀的单向流通,防止出现回油现象。若需要减小预拉伸量,则油泵53工作,换向阀52调至右位工作,P口与B口接通,T口与A口接通,道理同上,可得到当前所需的预紧力F。可以理解的是,前文中的各个物理量在量纲选择上可以依据实际需要进行处理即可。
根据本发明的实施例,还提供一种数控机床,包括上述的丝杆预拉伸调节结构。
本领域的技术人员容易理解的是,在不冲突的前提下,上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上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。以上仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种丝杆预拉伸调节结构,其特征在于,包括丝杆(1)以及支撑于所述丝杆(1)的第一端的第一支撑轴承组件(2),还包括:
温度检测部件(3),用于检测所述丝杆(1)运转过程中的实时温度;
控制部件(4),用于接收所述实时温度并根据所述实时温度获得相应的目标预紧力并发出位移控制信号;
执行机构(5),与所述第一支撑轴承组件(2)对应设置,用于接收所述位移控制信号并调整所述第一支撑轴承组件(2)中的轴承(21)的预紧力为目标预紧力。
2.根据权利要求1所述的调节结构,其特征在于,所述执行机构(5)包括液压油缸(51)、换向阀(52)、油泵(53)、油源(54),所述液压油缸(51)、换向阀(52)、油泵(53)、油源(54)通过管路形成液压驱动回路,当所述液压驱动回路运转时,所述液压油缸(51)的活塞杆(511)能够朝向或者远离所述轴承(21)运动。
3.根据权利要求2所述的调节结构,其特征在于,所述活塞杆(511)的伸出端连接有弹性件(55),所述弹性件(55)连接于所述活塞杆(511)与所述轴承(21)之间。
4.根据权利要求3所述的调节结构,其特征在于,所述丝杆(1)的第一端套装有外套筒(61),所述外套筒(61)上具有施力凸缘(62),所述施力凸缘(62)沿所述外套筒(61)的轴向延伸并与所述轴承(21)靠近所述执行机构(5)的一侧端面接触,所述弹性件(55)的第一端套装于所述外套筒(61)上。
5.根据权利要求4所述的调节结构,其特征在于,所述外套筒(61)远离所述轴承(21)的一侧端面上设有第一环槽(63),所述弹性件(55)的第一端嵌装于所述第一环槽(63)内。
6.根据权利要求3所述的调节结构,其特征在于,所述活塞杆(511)的伸出端端面上构造有第二环槽(512),所述弹性件(55)的第二端嵌装于所述第二环槽(512)内。
7.根据权利要求1所述的调节结构,其特征在于,所述第一支撑轴承组件(2)还包括用于安装所述轴承(21)的轴承安装座(22)以及用于安装所述轴承安装座(22)的轴承座(23),所述轴承(21)的轴向两端分别由轴承压盖(24)以及所述轴承安装座(22)形成定位。
8.一种丝杆预拉伸调节方法,其特征在于,用于控制权利要求1至7中任一项所述的丝杆预拉伸调节结构,包括如下步骤:
获取丝杆(1)的实时温度;
比较获取的实时温度与丝杆初始温度得出丝杆实时温升;
根据获得实时温升获取目标预紧力;
控制执行机构(5)运行。
9.根据权利要求8所述的调节方法,其特征在于,
当所述执行机构(5)包括液压油缸(51)时,
在目标预紧力需要增大时,控制液压油缸(51)的活塞杆(511)朝向轴承(21)运动;
在目标预紧力需要减小时,控制液压油缸(51)的活塞杆(511)远离轴承(21)运动。
10.一种数控机床,包括丝杆预拉伸调节结构,其特征在于,所述丝杆预拉伸调节结构包括权利要求1至7中任一项所述的丝杆预拉伸调节结构。
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