CN115365863B - 用于五轴加工中心的滚珠丝杠预拉伸机构及其预拉伸方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数控机床制造技术领域，尤其涉及一种用于五轴加工中心的滚珠丝杠预拉伸机构，包括滚珠丝杠本体、固定组件和调节组件。固定端通过固定组件固定安装于机床床身上。调节组件能够先对伸长端进行调节，以使滚珠丝杠本体的伸长端伸长到预拉伸的长度，再将调节组件固定连接于滚珠丝杠本体的外侧壁。通过在滚珠丝杠本体的固定端和伸长端分别设置有固定组件和调节组件，固定组件固定安装于滚珠丝杠本体的固定端，调节组件能够先对预拉伸进行伸长以后再固定安装于滚珠丝杠本体的伸长端，确保滚珠丝杠本体的两端均采用固定式结构，以使滚珠丝杠本体的传动刚性强，定位精度高。

Description

用于五轴加工中心的滚珠丝杠预拉伸机构及其预拉伸方法

技术领域

本发明涉及数控机床制造技术领域，尤其涉及一种用于五轴加工中心的滚珠丝杠预拉伸机构及其预拉伸方法。

背景技术

随着数控五轴加工中心的制造飞速发展，针对具有复杂空间曲面零件加工的五轴加工中心需求量大幅增加。尤其在航空航天领域，由于此类零件具有切削量大、加工精度高的特点，因此要求五轴加工中心的加工头需要在传动系统的带动下高速移动，保持良好的精度。

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以及加工稳定性。滚珠丝杠工作时会发热，且温度高于床身。发热使滚珠丝杠热膨胀，从而加大导程，影响传动和定位的精度，对要求很精密传动的滚珠丝杠，便需要补偿滚珠丝杠的热膨胀所带来的影响，因此，滚珠丝杠预拉伸就是常用的补偿方法。

目前的五轴加工中心上运动轴的滚珠丝杠预拉伸机构根据滚珠丝杠支撑轴承的轴向承载能力，导致预拉伸是有一定有限的距离，无法过长的预拉伸，为此，现有的预拉伸常采用一端固定式，另一端为活动支撑式的结构，以满足在大于预拉伸所对应的补偿温度以后，滚珠丝杠的另一端继续伸长变形能够相对活动，即滚珠丝杠与电机相连的一端是通过轴承直接固定在机身上的，另一端则是将轴承固定安装于机身上，然后将滚珠丝杠的伸长端能够搭设于轴承上，且在温度超出预拉伸的温度时，滚珠丝杠的伸长端便会相对于轴承产生轴向移动，以平衡温度的升高，在中国专利，公开号为CN106624953A的专利中，公开了数控机床滚珠丝杠副的预拉伸结构和方法，该发明专利中的预拉伸结构就是与电机相连的一端固定，另一端为活动支撑式的。滚珠丝杠采用该种方式与机床相连会存在滚珠丝杠的两端的支撑跨距较大，而且，由于滚珠丝杠的伸长端搭设于轴承上，从而导致滚珠丝杠的伸长端会因自身的重量产生悬垂及振颤的现象发生。

发明内容

要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种用于五轴加工中心的滚珠丝杠预拉伸机构及其预拉伸方法，其解决了滚珠丝杠的两端的支撑跨距较大，而且，由于滚珠丝杠的伸长端搭设于轴承上，从而导致滚珠丝杠的伸长端会因自身的重量产生悬垂及振颤的现象发生的技术问题。

技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：一种用于五轴加工中心的滚珠丝杠预拉伸机构，包括滚珠丝杠本体、固定组件和调节组件；

所述固定组件套设于所述滚珠丝杠本体的固定端，且所述滚珠丝杠本体的固定端通过所述固定组件固定安装于机床床身上，所述滚珠丝杠本体的固定端能够相对于所述固定组件沿其轴线转动；

所述调节组件套设于所述滚珠丝杠本体的伸长端，且所述调节组件能够先对所述滚珠丝杠本体的伸长端进行调节，以使所述滚珠丝杠本体的伸长端伸长到预拉伸的长度，再将所述调节组件固定连接于所述滚珠丝杠本体的外侧壁，且所述滚珠丝杠本体的伸长端能够相对于所述调节组件沿其轴线转动；

当所述滚珠丝杠本体的热膨胀力超过预设压力时，所述滚珠丝杠本体的伸长端会继续伸长，以带动所述调节组件随着所述滚珠丝杠本体相对于所述机床床身同步向下运动。

可选地，所述调节组件包括第一角接触球轴承、轴承套、拉伸单元、第一锁紧单元、第一压盖、连接单元和自适应单元；

所述第一角接触球轴承、所述拉伸单元和所述第一锁紧单元均套设于所述滚珠丝杠本体的伸长端的外部，所述第一角接触球轴承的外部套接所述轴承套，且所述第一角接触球轴承的底部抵接所述第一压盖，所述第一压盖通过所述连接单元固定安装于所述轴承套上，进而固定安装于机床床身上；

所述拉伸单元设置于所述第一角接触球轴承的底端，所述拉伸单元能够沿所述滚珠丝杠本体的轴向运动，以使所述拉伸单元与所述第一角接触球轴承的底端相抵，从而对所述滚珠丝杠本体进行预拉伸；

所述第一锁紧单元设置于所述第一角接触球轴承的顶部，所述第一锁紧单元能够在所述滚珠丝杠本体预拉伸以后将所述滚珠丝杠本体与所述第一角接触球轴承进行锁紧定位；

所述自适应单元套设于所述连接单元的外部，且所述自适应单元设置于所述连接单元和所述轴承套之间，所述自适应单元能够产生一个与滚珠丝杠本体伸长方向相反的弹性力，所述弹性力作为所述预设压力。

可选地，在所述滚珠丝杠本体的热膨胀力超过所述预设压力时，所述滚珠丝杠本体发生热变形，从而带动所述第一角接触球轴承、所述轴承套、所述第一压盖均朝着所述滚珠丝杠本体伸长方向运动，此时，所述轴承套与所述机床床身分离并能够压缩所述自适应单元；

在温度降低时，所述自适应单元能够复位，以带动所述轴承套与所述机床床身相抵接。

可选地，所述自适应单元为蝶形弹簧。

可选地，所述固定组件包括第二角接触球轴承、第二压盖、轴套和第二锁紧单元，且所述第二角接触球轴承、所述第二压盖、所述轴套和所述第二锁紧单元均与所述滚珠丝杠本体的固定端套接；

所述第二角接触球轴承设置于所述滚珠丝杠本体和所述机床床身之间，所述第二压盖的底部抵接于所述第二角接触球轴承的顶部，所述第二压盖的内侧壁抵接于所述轴套的外侧壁，所述轴套的顶部朝外延伸出所述第二压盖与所述第二锁紧单元相抵。

可选地，还包括冷却组件，

所述冷却组件包括冷却通道，所述冷却通道沿所述滚珠丝杠本体的轴向方向布置，且所述冷却通道内通入冷却液，以使所述冷却液对所述滚珠丝杠本体、所述第一角接触球轴承、滚珠丝杠螺母和所述第二角接触球轴承均进行冷却。

可选地，所述冷却组件还包括进液单元和出液单元；

所述进液单元通过旋转接头与所述冷却通道的进液口相连；

所述出液单元套设于所述滚珠丝杠本体的固定端，所述出液单元具有环状出水通道，所述环状出水通道一侧与所述冷却通道相连通，所述环状出水通道的另一侧连通有出水接头。

可选地，所述出液单元包括外冷却套，在所述外冷却套上开设有第一环状槽和第二环状槽，且所述第一环状槽和所述第二环状槽分别设置于所述环状出水通道的两端，所述第一环状槽和所述第二环状槽内均设置第一旋转密封圈和第二旋转密封圈。

可选地，所述第二压盖和所述轴套之间形成迷宫形密封结构。

一种滚珠丝杠预拉伸方法，所述预拉伸方法基于滚珠丝杠预拉伸机构，主要包括以下步骤：

S1、计算预拉伸距离A：预拉伸距离A的计算公式为：

，其中，α代表滚珠丝杠本体的线膨胀系数11.8×10^-6（1/℃），Δ代表滚珠丝杠本体在使用过程中的表面温度变化值2℃~3℃，L代表滚珠丝杠本体的有效支撑长度；

S2、预拉伸机构的安装：将所述固定组件固定安装于所述滚珠丝杠本体的固定端，将所述调节组件设置于所述滚珠丝杠本体的伸长端；

S3、预拉伸距离A的设定：通过所述调节组件对所述滚珠丝杠本体进行预拉伸，测出预拉伸值为A即可；

S4、调节组件的固定：将所述调节组件与所述滚珠丝杠本体进行锁紧定位，以使所述调节组件固定连接于所述滚珠丝杠本体的外侧壁。

有益效果

本发明的有益效果是：本发明的一种用于五轴加工中心的滚珠丝杠预拉伸机构及其预拉伸方法，通过在滚珠丝杠本体的固定端和伸长端分别设置有固定组件和调节组件，固定组件固定安装于滚珠丝杠本体的固定端，调节组件能够先对预拉伸进行伸长以后再固定安装于滚珠丝杠本体的伸长端，确保滚珠丝杠本体的两端均采用固定式结构，以使滚珠丝杠本体的传动刚性强，定位精度高。而且能够大幅度抵消滚珠丝杠本体的悬垂变形所带来的影响，同时还能够适用于水平、垂直轴的直线进给系统，适用范围广。

附图说明

图1为本发明的用于五轴加工中心的滚珠丝杠预拉伸机构的剖面示意图；

图2为图1中所圈出的“B”处的放大结构示意图。

附图标记说明

1：滚珠丝杠本体；2：固定组件；21：第二角接触球轴承；22：第二压盖；23：轴套；24：第二锁紧单元；3：调节组件；31：第一角接触球轴承；32：轴承套；33：拉伸单元；34：第一锁紧单元；35：第一压盖；36：连接单元；37：自适应单元；4：冷却组件；41：冷却通道；42：进液单元；421：旋转接头；422：进液口；43：出液单元；431：环状出水通道；432：外冷却套；433：第一旋转密封圈；434：第二旋转密封圈；435：盖板；5：密封堵头；6：第一垫圈；7：第二垫圈；8：第三垫圈；9：O型密封圈；10：机床床身。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。其中，本文所提及的“前”、“后”、“上”、“下”、“左”和“右”等方位名词以图1的定向为参照。参照图1中将第二角接触球轴承21所在的方向定义为“上”，将第一角接触球轴承31所在的方向定义为“下”；将进液单元42的进液口422所在的一侧定义为“左”侧。

参照图1-2所示，本发明实施例提出的一种用于五轴加工中心的滚珠丝杠预拉伸机构，包括滚珠丝杠本体1、固定组件2、调节组件3和冷却组件4。

固定组件2套设于滚珠丝杠本体1的固定端，且滚珠丝杠本体1的固定端通过固定组件2固定安装于机床床身10上，滚珠丝杠本体1的固定端能够相对于固定组件2沿其轴线转动。在此说明的是，滚珠丝杠本体1的固定端是与驱动滚珠丝杠本体1旋转的电机连接的一端（在图1中的上端）。

进一步地，固定组件2包括第二角接触球轴承21、第二压盖22、轴套23和第二锁紧单元24，且第二角接触球轴承21、第二压盖22、轴套23和第二锁紧单元24均与滚珠丝杠本体1的固定端套接。

具体地，在机床床身10上开设有台阶状定位腔室，将第二角接触球轴承21的底部定位卡接于机床床身的台阶处。第二角接触球轴承21设置于滚珠丝杠本体1和机床床身10之间，第二压盖22的底部抵接于第二角接触球轴承21的顶部，第二压盖22的内侧壁抵接于轴套23的外侧壁，轴套23的顶部朝外延伸出第二压盖22与第二锁紧单元24相抵。目的是为了更好地压紧上角接触球轴承21，防止其窜动。需要说明的是，第二锁紧单元24即为锁紧螺母，与滚珠丝杠本体1外侧壁的螺纹旋拧实现锁紧。

进一步地，在轴套23与滚珠丝杠本体1之间还设置有两层O型密封圈9，起到对轴套密封防磨损的效果。

进一步地，在机床床身10的台阶处与设置有第一垫圈6，第一垫圈6套接于滚珠丝杠本体1的外侧壁，且顶部与第二角接触球轴承21的底部端面相抵。

进一步地，冷却组件4包括冷却通道41，冷却通道41沿滚珠丝杠本体1的轴向方向布置，且冷却通道41内通入冷却液，以使冷却液对滚珠丝杠本体1、第一角接触球轴承31、滚珠丝杠螺母11和第二角接触球轴承21均进行冷却。在本实施例中，冷却液为水。

需要说明的是，冷却通道41为贯穿整个的滚珠丝杠本体1的轴向长度方向，在顶部的冷却通道41处设置有密封堵头5，确保滚珠丝杠本体1的正常使用。而且，对于滚珠丝杠本体1的全长均进行冷却，对上下的第一角接触球轴承、第二角接触球轴承和丝母同时进行冷却，避免轴承、以及丝母摩擦发热的影响。

进一步地，冷却组件4还包括进液单元42和出液单元43。

进液单元42通过旋转接头421与冷却通道41的进液口相连。旋转接头421能够将固定的进液单元42的冷却液通入到旋转的滚珠丝杠本体1的冷却通道41内，即能够实现固定到旋转的液体流通。

出液单元43套设于滚珠丝杠本体1的固定端，出液单元43具有环状出水通道431，环状出水通道431一侧与冷却通道41相连通，环状出水通道431的另一侧连通有出水接头44。在此设置的环状出水通道431设置的目的是，在滚珠丝杠本体1旋转的时候，滚珠丝杠本体1上靠右一侧设置有一个出水连接横管，该横管与环状出水通道431在旋转的时候始终处于连通状态，确保冷却液的排出。即能够在旋转运动过程中，实现冷却液由旋转到固定的转换。

具体地，进液单元42具有“L”形的进液管，且靠近进液单元42左侧壁开设有与“L”形的进液管相连通的进液口422。便于冷却液的进入。

进一步地，出液单元43包括外冷却套432，在外冷却套432上开设有第一环状槽和第二环状槽，且第一环状槽和第二环状槽分别设置于环状出水通道431的两端，第一环状槽和第二环状槽内均设置第一旋转密封圈433和第二旋转密封圈434。在环状出水通道431设置第一旋转密封圈433和第二旋转密封圈434的目的是能够防止冷却液泄漏，用于轴套23与外冷却套432之间的密封。

进一步地，第二压盖22和轴套23之间形成迷宫形密封结构。在滚珠丝杠本体1旋转的过程中，虽然有第一旋转密封圈433和第二旋转密封圈434，但是还是会有少量的冷却液泄漏，为了对第二角接触球轴承21的进一步的保护，泄漏的冷却液经过第二压盖22的排水孔排放到外侧，在第二压盖22和轴套23之间形成迷宫形密封结构，能够防止泄漏的水污染上角接触球轴承21。

调节组件3套设于滚珠丝杠本体1的伸长端，且调节组件3能够先对滚珠丝杠本体1的伸长端进行调节，以使滚珠丝杠本体1的伸长端伸长到预拉伸的长度，再将调节组件3固定连接于滚珠丝杠本体1的外侧壁，且滚珠丝杠本体1的伸长端能够相对于调节组件3沿其轴线转动。

需要说明的是，伸长端顾名思义是能够受温度或者负载的大小进行伸长的一端（即图1中的下端）。

当滚珠丝杠本体1的温度升高引起的热膨胀力超过预设的压力时，滚珠丝杠本体1的伸长端会继续伸长，以带动调节组件3随着滚珠丝杠本体1相对于机床床身10同步向下运动。

进一步地，调节组件3包括第一角接触球轴承31、轴承套32、拉伸单元33、第一锁紧单元34、第一压盖35和连接单元36。

第一角接触球轴承31、拉伸单元33和第一锁紧单元34均套设于滚珠丝杠本体1的伸长端的外部。第一角接触球轴承31的外部套接轴承套32，且第一角接触球轴承31的底部抵接第一压盖35，第一压盖35通过连接单元36固定安装于轴承套32上，进而固定安装于机床床身10上。

拉伸单元33设置于第一角接触球轴承31的底端，拉伸单元33能够沿滚珠丝杠本体1的轴向运动，以使拉伸单元33与第一角接触球轴承31的底端相抵，从而对滚珠丝杠本体1进行预拉伸。

第一锁紧单元34设置于第一角接触球轴承31的顶部，第一锁紧单元34能够在滚珠丝杠本体1预拉伸以后将滚珠丝杠本体1与第一角接触球轴承31进行锁紧定位

自适应单元37套设于连接单元36的外部，且自适应单元37设置于连接单元36和轴承套32之间，自适应单元37能够产生一个与滚珠丝杠本体1伸长方向相反的弹性力，弹性力作为预设压力。即当滚珠丝杠本体1所产生的温度小于等于预拉伸长度所对应的温度时，滚珠丝杠本体1所受的是拉应力，因此，此时，滚珠丝杠本体1此时不会受热膨胀。而当滚珠丝杠本体1所产生的温度大于预拉伸长度所对应的温度时，滚珠丝杠本体1所受的是压应力，直至压应力大于自适应单元37向上所产生的弹力即预设压力时，滚珠丝杠本体1产生向下的压力压紧自适应单元37，以使其压缩变形。

需要说明的是，第一锁紧单元34和拉伸单元33均采用结构简单，成本低的锁紧螺母。连接单元36采用固定螺钉，即固定螺钉依次穿过第一压盖35、轴承套32的环状连接端面并固定安装于机床床身10上。而且，本实施例中，在先进行的预拉伸过程中，结构在安装上方便，只需要调节拉伸单元33的锁紧螺母，达到预设的预拉伸值即可实现，结构简单方便，可操作性强。

进一步地，在第一锁紧单元34和第一角接触球轴承31上下之间设置有第二垫圈7，且第二垫圈7套设于滚珠丝杠本体1的外侧壁，同时第二垫圈7的外侧壁与机床床身10以及轴承套32的内侧壁均相抵接。能够对轴承套32起到良好的保护作用，防止长时间使用损坏。

进一步地，在拉伸单元33和第一角接触球轴承31的上下之间设置有第三垫圈8，第三垫圈8套设于滚珠丝杠本体1的外侧壁。且第一压盖35的内侧壁与第三垫圈8的外侧壁相抵。

进一步地，在滚珠丝杠本体1热膨胀力超过蝶形弹簧的预设压力时，滚珠丝杠本体1发生热变形，从而带动第一角接触球轴承31、轴承套32、第一压盖35均朝着滚珠丝杠本体1伸长的方向运动，此时，轴承套32与机床床身10分离并能够压缩自适应单元37。具体地，即当滚珠丝杠本体1在使用时，摩擦温度过高或者负载过大超过蝶形弹簧的预设压力时，通过自适应单元37能够更好地配合滚珠丝杠本体1的伸长端进一步伸长，且在伸长时，轴承套32、第一角接触球轴承31和第一压盖35均随着滚珠丝杠本体1进行同步的向下运动。自适应单元37能够对滚珠丝杠本体1进行过载保护，避免造成设备损坏。

在温度降低时，自适应单元37能够复位，以带动轴承套32与机床床身10相抵接。

需要说明的是，当机床加工停止，或者没有进给运动时，或者进给速度慢下来时，温度会下降。机床加工时，滚珠丝杠本体1并非一直工作的。当短时过载温度升高时，在之后的不过载时间里温度会逐渐降下来。

进一步地，自适应单元37为蝶形弹簧。蝶形弹簧37的复位效果更好，回弹性高，从而提高了滚珠丝杠本体1的精度。其它类型弹簧相比，采用碟形弹簧有如下优点，首先，碟形弹簧的变形小，承载能力更大。其次，碟形弹簧的空间利用率大，以使整体的结构体积小，空间紧凑。最后，通过设置多个碟形弹簧，采用叠合和对合的方式组合成碟形弹簧组，可以方便的调节变形量和刚度值，达到所需设计参数。

本发明的一种用于五轴加工中心的滚珠丝杠预拉伸机构及其预拉伸方法，通过在滚珠丝杠本体1的固定端和伸长端分别设置有固定组件2和调节组件3，固定组件2固定安装于滚珠丝杠本体1的固定端，调节组件3能够先对预拉伸进行伸长以后再固定安装于滚珠丝杠本体1的伸长端，确保滚珠丝杠本体1的两端均采用固定式结构，以使滚珠丝杠本体1的传动刚性强，定位精度高，能够大幅度抵消滚珠丝杠本体1的悬垂变形所带来的影响，同时还能够适用于水平、垂直轴的直线进给系统，适用范围广，热稳定性好，适用于高速、重载、高精度的场合。

一种滚珠丝杠预拉伸方法，预拉伸方法基于滚珠丝杠预拉伸机构，主要包括以下步骤：

S1、计算预拉伸距离A：预拉伸距离A的计算公式为：

，其中，α代表滚珠丝杠本体1的线膨胀系数11.8×10^-61/℃，Δ代表滚珠丝杠本体1在使用过程中的表面温度变化值2℃~3℃，L代表滚珠丝杠本体1的有效支撑长度。也就是说，预拉伸距离即长度对应的温度为2~3℃。

S2、预拉伸机构的安装：将固定组件2固定安装于滚珠丝杠本体1的固定端，将调节组件3设置于滚珠丝杠本体1的伸长端。

具体地，将第二角接触球轴承21设置于机床床身10处的台阶处，再依次套设第二压盖22以及轴套21和外冷却套431，接着通过第二锁紧单元21（即锁紧螺母）套设于滚珠丝杠本体1的外侧壁并锁紧于机床床身10上，与之进行固定。

S3、预拉伸距离A的设定：通过调节组件3对滚珠丝杠本体1进行预拉伸，测出预拉伸值为A即可。

此处还有一个调节组件3的安装，即先将第一角接触球轴承31设置于中轴承套32内，接着安装第一压盖35，然后通过连接单元36依次将三者锁紧于机床床身10上。此时第一缩进单元34还不是锁紧状态，所以，在预拉伸的时候，滚珠丝杠本体1的伸长端向下拉伸，且在轴向上相对于第一角接触球轴承21的内侧壁产生相对的轴向位移。

具体地，在对滚珠丝杠本体1的伸长端进行伸长时，首先只有滚珠丝杠本体1向下移动拉伸，因为其他部件均固定在机床床身10上，所以在向上旋拧拉伸单元33（锁紧螺母）时，只拉伸滚珠丝杠本体1。

S4、调节组件3的固定：将调节组件3与滚珠丝杠本体1进行锁紧定位，以使调节组件3固定连接于滚珠丝杠本体1的外侧壁。并且拉伸以后安装完成后，通过将第一锁紧单元34（锁紧螺母）向下将第一角接触球轴承21与滚珠丝杠本体1完成一个固定，固定以后滚珠丝杠本体1的两端固定式的支撑形式，这种支撑形式刚性最好。而且，固定以后，当滚珠丝杠本体1上的温度大于预拉伸长度对应的温度为2~3℃时，则滚珠丝杠本体1伸长端继续产生热补偿进行伸长，那么此时，滚珠丝杠本体1、与第一角接触球轴承31、轴承套32之间不会产生位移，同步向下运动，在同步向下运动的时候，轴承套32的顶部端面与机床床身10之间变会产生间隙，而在温度随着加工的停止或者其他上述所提及的情况降低以后，便通过碟形弹簧自动恢复至初始位置，以确保下一次机床加工的精度。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征 “上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种用于五轴加工中心的滚珠丝杠预拉伸机构，其特征在于：包括滚珠丝杠本体（1）、固定组件（2）和调节组件（3）；

所述固定组件（2）套设于所述滚珠丝杠本体（1）的固定端，且所述滚珠丝杠本体（1）的固定端通过所述固定组件（2）固定安装于机床床身（10）上，所述滚珠丝杠本体（1）的固定端能够相对于所述固定组件（2）沿其轴线转动；

所述调节组件（3）套设于所述滚珠丝杠本体（1）的伸长端，且所述调节组件（3）能够先对所述滚珠丝杠本体（1）的伸长端进行调节，以使所述滚珠丝杠本体（1）的伸长端伸长到预拉伸的长度，再将所述调节组件（3）固定连接于所述滚珠丝杠本体（1）的外侧壁，且所述滚珠丝杠本体（1）的伸长端能够相对于所述调节组件（3）沿其轴线转动；

当所述滚珠丝杠本体（1）的热膨胀力超过预设压力时，所述滚珠丝杠本体（1）的伸长端会继续伸长，以带动所述调节组件（3）随着所述滚珠丝杠本体（1）相对于所述机床床身（10）同步向下运动；

所述调节组件（3）包括第一角接触球轴承（31）、轴承套（32）、拉伸单元（33）、第一锁紧单元（34）、第一压盖（35）、连接单元（36）和自适应单元（37）；

所述第一角接触球轴承（31）、所述拉伸单元（33）和所述第一锁紧单元（34）均套设于所述滚珠丝杠本体（1）的伸长端的外部，所述第一角接触球轴承（31）的外部套接所述轴承套（32），且所述第一角接触球轴承（31）的底部抵接所述第一压盖（35），所述第一压盖（35）通过所述连接单元（36）固定安装于所述轴承套（32）上，进而固定安装于机床床身（10）上；

所述拉伸单元（33）设置于所述第一角接触球轴承（31）的底端，所述拉伸单元（33）能够沿所述滚珠丝杠本体（1）的轴向运动，以使所述拉伸单元（33）与所述第一角接触球轴承（31）的底端相抵，从而对所述滚珠丝杠本体（1）进行预拉伸；

所述第一锁紧单元（34）设置于所述第一角接触球轴承（31）的顶部，所述第一锁紧单元（34）能够在所述滚珠丝杠本体（1）预拉伸以后将所述滚珠丝杠本体（1）与所述第一角接触球轴承（31）进行锁紧定位；

所述自适应单元（37）套设于所述连接单元（36）的外部，且所述自适应单元（37）设置于所述连接单元（36）和所述轴承套（32）之间，所述自适应单元（37）能够产生一个与滚珠丝杠本体（1）伸长方向相反的弹性力，所述弹性力作为所述预设压力；

在所述滚珠丝杠本体（1）热膨胀力超过所述预设压力时，所述滚珠丝杠本体（1）发生热变形，从而带动所述第一角接触球轴承（31）、所述轴承套（32）、所述第一压盖（35）均朝着所述滚珠丝杠本体（1）伸长方向运动，此时，所述轴承套（32）与所述机床床身（10）分离并能够压缩所述自适应单元（37）；

在温度降低时，所述自适应单元（37）能够复位，以带动所述轴承套（32）与所述机床床身（10）相抵接；

所述固定组件（2）包括第二角接触球轴承（21）、第二压盖（22）、轴套（23）和第二锁紧单元（24），且所述第二角接触球轴承（21）、所述第二压盖（22）、所述轴套（23）和所述第二锁紧单元（24）均与所述滚珠丝杠本体（1）的固定端套接；

所述第二角接触球轴承（21）设置于所述滚珠丝杠本体（1）和所述机床床身（10）之间，所述第二压盖（22）的底部抵接于所述第二角接触球轴承（21）的顶部，所述第二压盖（22）的内侧壁抵接于所述轴套（23）的外侧壁，所述轴套（23）的顶部朝外延伸出所述第二压盖（22）与所述第二锁紧单元（24）相抵；

还包括冷却组件（4），

所述冷却组件（4）包括冷却通道（41），所述冷却通道（41）沿所述滚珠丝杠本体（1）的轴向方向布置，且所述冷却通道（41）内通入冷却液，以使所述冷却液对所述滚珠丝杠本体（1）、所述第一角接触球轴承（31）、滚珠丝杠螺母（11）和所述第二角接触球轴承（21）均进行冷却。

2.如权利要求1所述的用于五轴加工中心的滚珠丝杠预拉伸机构，其特征在于：所述自适应单元（37）为蝶形弹簧。

3.如权利要求1所述的用于五轴加工中心的滚珠丝杠预拉伸机构，其特征在于：所述冷却组件（4）还包括进液单元（42）和出液单元（43）；

所述进液单元（42）通过旋转接头（421）与所述冷却通道（41）的进液口相连；

所述出液单元（43）套设于所述滚珠丝杠本体（1）的固定端，所述出液单元（43）具有环状出水通道（431），所述环状出水通道（431）一侧与所述冷却通道（41）相连通，所述环状出水通道（431）的另一侧连通有出水接头（44）。

4.如权利要求3所述的用于五轴加工中心的滚珠丝杠预拉伸机构，其特征在于：所述出液单元（43）包括外冷却套（432），在所述外冷却套（432）上开设有第一环状槽和第二环状槽，且所述第一环状槽和所述第二环状槽分别设置于所述环状出水通道（431）的两端，所述第一环状槽和所述第二环状槽内均设置第一旋转密封圈（433）和第二旋转密封圈（434）。

5.如权利要求4所述的用于五轴加工中心的滚珠丝杠预拉伸机构，其特征在于：所述第二压盖（22）和所述轴套（23）之间形成迷宫形密封结构。

6.一种滚珠丝杠预拉伸方法，其特征在于：所述预拉伸方法基于权利要求1-5任一项所述的滚珠丝杠预拉伸机构，主要包括以下步骤：

S1、计算预拉伸距离A：预拉伸距离A的计算公式为：

，其中，α代表滚珠丝 杠本体（1）的线膨胀系数11.8×10^-6（1/℃），Δ代表滚珠丝杠本体（1）在使用过程中的表面 温度变化值2℃~3℃，L代表滚珠丝杠本体（1）的有效支撑长度；

S2、预拉伸机构的安装：将所述固定组件（2）固定安装于所述滚珠丝杠本体（1）的固定端，将所述调节组件（3）设置于所述滚珠丝杠本体（1）的伸长端；

S3、预拉伸距离A的设定：通过所述调节组件（3）对所述滚珠丝杠本体（1）进行预拉伸，测出预拉伸值为A即可；

S4、调节组件（3）的固定：将所述调节组件（3）与所述滚珠丝杠本体（1）进行锁紧定位，以使所述调节组件（3）固定连接于所述滚珠丝杠本体（1）的外侧壁。

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