CN113478273A - 一种减小刀塔机热变位的安装结构及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种减小刀塔机热变位的安装结构及方法，涉及精密机床技术领域。技术方案为一种减小刀塔机热变位的安装结构，包括床身，所述床身上设置有安装架，所述安装架上转动连接有丝杆，并固定有驱动所述丝杆转动的驱动电机，所述丝杆上转动连接有丝杆螺母副，安装架上滑动连接有刀塔，所述刀塔与所述丝杆螺母副固定连接，所述刀塔的一侧设置有主轴，所述主轴固定在所述床身上，所述丝杆预拉伸至其受热膨胀后的长度，所述床身、所述安装架、所述刀塔和所述主轴上还设置有调整机构，所述调整机构检测各部件的温度变化并计算生成补正量反馈给机床的NC以进行调整。本申请结构合理，有效减少机床受热膨胀带来的影响，极大地提高机床的加工精度。

Description

一种减小刀塔机热变位的安装结构及方法

技术领域

本申请涉及精密机床技术领域，特别涉及一种减小刀塔机热变位的安装结构及方法。

背景技术

数控机床，包括床身、转动连接在床身上的丝杆、螺纹连接在丝杆上的滑块，在床身上，丝杆螺母机构设置有多个，机床的主轴安装在其中一块滑块上，机床的刀塔安装在另一块滑块上，用于控制丝杆转动的电机安装固定在床身上。在对工件进行加工时，工件固定在主轴上，先是由对应的丝杆螺母机构控制主轴移动到指定位置，然后由另一个丝杆螺母机构控制刀塔移动，通过刀塔上的刀具对工件进行加工。在加工时，主要还是刀塔移动以对工件进行车或铣。

在实际的生产加工过程中，随着加工的进行，不可避免地会产生热量，由于热胀冷缩的原理，使得各部分的大小发生变化，从而导致工件加工时的精度降低。

针对上述问题，现提出一种减少刀塔机热变位的安装结构及方法。

发明内容

为了减小机床上各部分因热胀冷缩所带来的精度误差，本申请提供一种减小刀塔机热变位的安装结构及方法。

第一方面，本申请提供的一种减小刀塔机热变位的安装结构，采用如下方案：

一种减小刀塔机热变位的安装结构，包括床身，所述床身上设置有安装架，所述安装架上转动连接有丝杆，并固定有驱动所述丝杆转动的驱动电机，所述丝杆上螺纹连接有丝杆螺母副，安装架上滑动连接有刀塔，所述刀塔与所述丝杆螺母副固定连接，所述刀塔的一侧设置有主轴，所述主轴固定在所述床身上，所述丝杆预拉伸至其受热膨胀后的长度，所述床身、所述安装架、所述刀塔和所述主轴上还设置有调整机构，所述调整机构检测各部件的温度变化并计算生成补正量反馈给机床的NC以进行调整。

通过采用上述方案，对丝杆进行预拉伸处理，使得丝杆被拉伸至工作时的最大长度，使得丝杆在受热膨胀时长度不会发生变化，其他部件经过热源的热传导，亦会产生一定的热变形，此时通过调整机构对其他部件进行温度监测，并在监测到其他部件的温度变化时，计算出相应的补正量，然后反馈给机床的NC以进行调整补正，从而使得机床整体的精度大大提高。

可选地，所述安装架上固定有轴承大座和轴承小座，所述轴承大座和所述轴承小座上皆固定有滚动轴承，所述丝杆的两端分别套接在对应的所述滚动轴承内，并且所述丝杆的两端设置有螺纹并螺纹连接有锁紧螺母，所述锁紧螺母抵紧于两部分所述滚动轴承相背的一面上，所述锁紧螺母抵紧于所述滚动轴承的内环，所述丝杆螺母副位于所述轴承大座和所述轴承小座之间，所述丝杆靠近所述轴承大座的一端通过联轴器同轴固定连接于所述驱动电机的转轴。

通过采用上述方案，在对丝杆进行预拉伸时，先将丝杆正常安装到安装架上，然后转动锁紧螺母，由于锁紧螺母抵紧在滚动轴承的内环上并和丝杆螺纹连接，所以在转动锁紧螺母时，丝杆能够被拉伸，实现丝杆的预拉伸。

可选地，所述轴承大座和所述轴承小座内皆设置有阶梯孔，所述滚动轴承设置在所述阶梯孔内，所述滚动轴承背向锁紧螺母的一面抵紧于所述阶梯孔的阶梯面。

通过采用上述方案，轴承大座和轴承小座上设置阶梯孔，滚动轴承的一侧面抵接在阶梯面上，从而对预拉伸的丝杆起到支撑作用。

可选地，所述阶梯孔内还固定有固定环，所述固定环压紧所述滚动轴承背向所述阶梯孔内阶梯面的一面，所述丝杆靠近所述轴承小座的一端倾斜向下，所述丝杆两端的直径小于其中部的直径并形成有阶梯面，所述丝杆上靠近所述轴承小座一端的阶梯面抵紧在所述滚动轴承背向所述锁紧螺母的一面上，所述丝杆上靠近所述轴承大座一端的阶梯面与对应的所述滚动轴承内环之间留有间隔。

通过采用上述方案，丝杆的一端倾斜向下设置，所以刀塔固定连接在丝杆螺母副上时，丝杆螺母副会对丝杆造成斜向下的压力，此时丝杆斜向下一端的阶梯面支撑在滚动轴承上，从而避免丝杆受到丝杆螺母副的压力时被拉伸，减少丝杆的形变。

可选地，所述调整机构包括监测组件和处理组件，所述监测组件包括热敏电阻，所述床身、所述安装架、所述刀塔和所述主轴上皆开设有测量孔，所述热敏电阻插入所述测量孔内，并且所述热敏电阻和所述测量孔的内壁之间填充有导热胶，所述处理组件包括A/D模块，通过A/D模块读取所述热敏电阻监测得到的信号参数，计算并生成补正量反馈给机床的NC。

通过采用上述方案，监测组件实时监测床身、安装架、刀塔和主轴的温度，然后发送信号参数给A/D模块，通过A/D模块计算出补正量，然后发送信号给机床的NC，通过机床的NC控制补正，从而使得机床的加工精度更加精准。

可选地，所述床身、所述安装架、所述刀塔和所述主轴上贴有散热片。

通过采用上述方案，在床身、安装架、刀塔和主轴上安装散热片，散热片能够加快部件的散热，使得部件的温度变化更小，从而产生的热胀冷缩更少。

第二方面，本申请提供的一种减小刀塔机热变位的方法，采用如下方案：

一种减小刀塔机热变位的方法，包括以下步骤：

S1，丝杆正常安装后，测量丝杆温度，查表确定预拉量Y，将千分表打在丝杆的两头，千分表的测量针与丝杆同轴设置，同时归零千分表；

S2,使用工具转动轴承大座侧的锁紧螺母，使得丝杆往轴承大座侧相对拉伸；

S3，观察千分表读数，|X-Y|=预拉量，预拉伸结束。

通过采用上述方案，正常安装丝杆后，根据数据对丝杆进行预拉伸。

可选地，S1步骤中，也可以不通过查表确定预拉量，可以采用样品丝杆进行试验，测出样品丝杆常态下的长度A，测量出样品丝杆在工作时的实际长度B，|A-B|=预拉量。

通过采用上述方案，利用样品实际试验所得出的数据比查表所得数据更加精准。

可选地，S2步骤中，丝杆在进行预拉伸时，在丝杆处于水平状态时进行拉伸，避免丝杆倾斜。

通过采用上述方案，在水平状态下对丝杆进行拉伸，避免丝杆在倾斜状态下引入额外的受力影响。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、对丝杆进行预拉伸，避免丝杆的受热膨胀，从而减小丝杆控制位移时带来的误差，使得机床加工精度更高；

2、对丝杆之外的部件进行温度监测，然后通过温度变化进行数据补正，使得机床的加工精度进一步提高。

附图说明

图1是实施例的总体结构示意图；

图2是实施例的部分结构示意图；

图3是安装架部分的剖视示意图；

图4是调整机构部分的结构示意图。

附图标记：1、床身；2、安装架；3、丝杆；4、驱动电机；5、丝杆螺母副；6、刀塔；7、主轴；8、调整机构；9、轴承大座；10、轴承小座；11、滚动轴承；12、锁紧螺母；13、阶梯孔；14、固定环；15、监测组件；16、处理组件；17、热敏电阻；18、测量孔；19、导热胶；20、A/D模块。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开了一种减小刀塔机热变位的安装结构，如图1所示，包括床身1，在床身1上设置有导轨，导轨上滑动连接有安装架2，床身1上还设置有用以控制安装架2滑动的丝杠螺母机构，此丝杠螺母机构对机床整体的影响较小，可以对此丝杠螺母机构的丝杠进行预拉伸，也可以不进行预拉伸处理。

结合图2和图3所示，安装架2上通过螺栓安装固定有轴承大座9和轴承小座10，轴承大座9和轴承小座10上安装有丝杆3，此丝杆3经过预拉伸处理，丝杆3预拉伸至其工作时受热膨胀后的长度，安装架2安装固定到床身1上时，安装架2上的丝杆3倾斜设置，轴承小座10位于丝杆3的倾斜下端，轴承大座9位于丝杆3的倾斜上端。

轴承大座9和轴承小座10上皆设置有贯通的阶梯孔13，阶梯孔13内套接有滚动轴承11，轴承大座9和轴承小座10内皆套接有两个滚动轴承11，滚动轴承11套接在阶梯孔13的大孔内，并且滚动轴承11的外环抵接支撑在阶梯孔13内的阶梯面上，丝杆3套接在滚动轴承11内，并且，丝杆3的两端设置有螺纹并螺纹连接有锁紧螺母12，锁紧螺母12抵紧于滚动轴承11背向阶梯面的一面上，锁紧螺母12抵紧在滚动轴承11的内环上。

在轴承小座10上的阶梯孔13内还设置有固定环14，固定环14螺纹连接在阶梯孔13的大孔内，并且固定环14配合阶梯孔13内的阶梯面夹住滚动轴承11，使得轴承小座10内的滚动轴承11被良好地固定。

轴承大座9内的滚动轴承11仅抵接在其内阶梯孔13的阶梯面上，丝杆3两端的直径设置小于其中部的直径，使得丝杆3的两端皆形成有一个阶梯面，丝杆3上靠近轴承小座10一端的阶梯面抵紧在滚动轴承11上，而丝杆3上靠近轴承大座9一端的阶梯面与滚动轴承11之间留有间隔，在预拉伸丝杆3时，转动轴承大座9侧的锁紧螺母12，使得丝杆3被拉伸，此预留的间隔能够避免丝杆3拉伸时抵死而影响拉伸。安装架2上还固定有用于驱动丝杆3转动的驱动电机4，丝杆3靠近轴承大座9的一端通过联轴器同轴固定连接在驱动电机4的转轴上。

丝杆3上螺纹连接有丝杆螺母副5，丝杆螺母副5位于轴承大座9和轴承小座10之间，并且机床的刀塔6固定在刀塔座上，刀塔座的底部固定有滑块，滑块滑动连接在安装架2上并与丝杆螺母副5固定连接，一般滑块通过螺丝固定在丝杆螺母副上。机床的主轴7设置在刀塔6的一侧。

结合图1和图4所示，在床身1、安装架2、刀塔6和主轴7上还设置有调整机构8，热源传热会导致这些部件因热胀冷缩而变形，是影响机床加工精度的次要影响因素，所以设置了调整机构8以进行补正。此外，本实施例中，还在床身1、安装架2、刀塔6和主轴7上贴合设置了散热片，通过散热片加快各部件的散热以减小调整量，从而减少调整所引入的精度误差。其实也可以采用风扇对流降温、通入冷却液等手段以进行快速降温散热。

调整机构8包括监测组件15和处理组件16，监测组件15包括热敏电阻17，在床身1、安装架2、刀塔6和主轴7上皆开设有测量孔18，热敏电阻17插入到测量孔18内，并且热敏电阻17和测量孔18的内壁之间填充有导热胶19，通过热敏电阻17实时监测各部件的温度。处理组件16包括A/D模块20，热敏电阻17监测各部件的温度后，发送相应的信号参数给A/D模块20，A/D模块20读取信号参数，计算并生成补正量反馈给机床的NC，最终使得定位坐标便宜，实现补正。

本申请实施例还公开了一种减小刀塔机热变位的方法，包括以下步骤：

S1，丝杆3正常安装后，测量丝杆3温度，查表确定预拉量Y，将千分表打在丝杆3的两头，千分表的测量针与丝杆3同轴设置，同时归零千分表；也可以不通过查表确定预拉量，可以采用样品丝杆3进行试验，测出样品丝杆3常态下的长度A，测量出样品丝杆3在工作时的实际长度B，|A-B|=预拉量；

S2,使用工具转动轴承大座9侧的锁紧螺母12，使得丝杆3往轴承大座9侧相对拉伸，需要注意的是，在丝杆3处于水平状态时进行拉伸，避免丝杆3倾斜；

S3，观察千分表读数，|X-Y|=预拉量，预拉伸结束。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种减小刀塔机热变位的安装结构，包括床身（1），所述床身（1）上设置有安装架（2），所述安装架（2）上转动连接有丝杆（3），并固定有驱动所述丝杆（3）转动的驱动电机（4），所述丝杆（3）上螺纹连接有丝杆螺母副（5），安装架（2）上滑动连接有刀塔（6），所述刀塔（6）与所述丝杆螺母副（5）固定连接，所述刀塔（6）的一侧设置有主轴（7），所述主轴（7）固定在所述床身（1）上，其特征在于：所述丝杆（3）预拉伸至其受热膨胀后的长度，所述床身（1）、所述安装架（2）、所述刀塔（6）和所述主轴（7）上还设置有调整机构（8），所述调整机构（8）检测各部件的温度变化并计算生成补正量反馈给机床的NC以进行调整。

2.根据权利要求1所述的一种减小刀塔机热变位的安装结构，其特征在于：所述安装架（2）上固定有轴承大座（9）和轴承小座（10），所述轴承大座（9）和所述轴承小座（10）上皆固定有滚动轴承（11），所述丝杆（3）的两端分别套接在对应的所述滚动轴承（11）内，并且所述丝杆（3）的两端设置有螺纹并螺纹连接有锁紧螺母（12），所述锁紧螺母（12）抵紧于两部分所述滚动轴承（11）相背的一面上，所述锁紧螺母（12）抵紧于所述滚动轴承（11）的内环，所述丝杆螺母副（5）位于所述轴承大座（9）和所述轴承小座（10）之间，所述丝杆（3）靠近所述轴承大座（9）的一端通过联轴器同轴固定连接于所述驱动电机（4）的转轴。

3.根据权利要求2所述的一种减小刀塔机热变位的安装结构，其特征在于：所述轴承大座（9）和所述轴承小座（10）内皆设置有阶梯孔（13），所述滚动轴承（11）设置在所述阶梯孔（13）内，所述滚动轴承（11）背向锁紧螺母（12）的一面抵紧于所述阶梯孔（13）的阶梯面。

4.根据权利要求3所述的一种减小刀塔机热变位的安装结构，其特征在于：所述阶梯孔（13）内还固定有固定环（14），所述固定环（14）压紧所述滚动轴承（11）背向所述阶梯孔（13）内阶梯面的一面，所述丝杆（3）靠近所述轴承小座（10）的一端倾斜向下，所述丝杆（3）两端的直径小于其中部的直径并形成有阶梯面，所述丝杆（3）上靠近所述轴承小座（10）一端的阶梯面抵紧在所述滚动轴承（11）背向所述锁紧螺母（12）的一面上，所述丝杆（3）上靠近所述轴承大座（9）一端的阶梯面与对应的所述滚动轴承（11）内环之间留有间隔。

5.根据权利要求1所述的一种减小刀塔机热变位的安装结构，其特征在于：所述调整机构（8）包括监测组件（15）和处理组件（16），所述监测组件（15）包括热敏电阻（17），所述床身（1）、所述安装架（2）、所述刀塔（6）和所述主轴（7）上皆开设有测量孔（18），所述热敏电阻（17）插入所述测量孔（18）内，并且所述热敏电阻（17）和所述测量孔（18）的内壁之间填充有导热胶（19），所述处理组件（16）包括A/D模块（20），通过A/D模块（20）读取所述热敏电阻（17）监测得到的信号参数，计算并生成补正量反馈给机床的NC。

6.根据权利要求1所述的一种减小刀塔机热变位的安装结构，其特征在于：所述床身（1）、所述安装架（2）、所述刀塔（6）和所述主轴（7）上贴有散热片。

7.一种用于权利要求1-6中任意一项结构的减小刀塔机热变位的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1，丝杆（3）正常安装后，测量丝杆（3）温度，查表确定预拉量Y，将千分表打在丝杆（3）的两头，千分表的测量针与丝杆（3）同轴设置，同时归零千分表；

S2,使用工具转动轴承大座（9）侧的锁紧螺母（12），使得丝杆（3）往轴承大座（9）侧相对拉伸；

S3，观察千分表读数，|X-Y|=预拉量，预拉伸结束。

8.根据权利要求7所述的一种减小刀塔机热变位的方法，其特征在于：S1步骤中，也可以不通过查表确定预拉量，可以采用样品丝杆（3）进行试验，测出样品丝杆（3）常态下的长度A，测量出样品丝杆（3）在工作时的实际长度B，|A-B|=预拉量。

9.根据权利要求7所述的一种减小刀塔机热变位的方法，其特征在于：S2步骤中，丝杆（3）在进行预拉伸时，在丝杆（3）处于水平状态时进行拉伸，避免丝杆（3）倾斜。

Images