CN2131646Y - 机床齿轮及丝杠间隙自动补偿装置 - Google Patents

Abstract

一种机床齿轮及丝杠间隙自动补偿装置，其主要 特征是在机床的变速箱和丝杠之间加装一个扭力传 感器，用于检测并消除系统的间隙。在开环系统加装 扭力传感器后，不用去定量的测定间隙值的大小，而 是用克服系统最大静摩擦力的某一个力点作为信号 发生的标准。并且该补偿装置工作性能稳定、测量精 度高、成本低、价格便宜、操作简单，易于在各种高低 档车床上应用。

Description

本实用新型涉及自控车床，特别是一种用于齿轮及丝杠间隙的自动补偿装置。

在自动控制领域里，其控制方式可分为开环系统和闭环系统，对于一般机械设备的控制中，同样分为开环和闭环系统控制。从一般的控制理论框图中可以清楚看到，闭环系统比开环系统多了一个检测装置，而这类检测装置的价格一般都比较昂贵。尽管增加检测装置可使其精度提高，但在实现控制中其结构复杂，维修不便。因此只能应用在全功能、大功率、而且价格比较昂贵的机床上。由于我国的经济状况所限，一般企业很难推广这一闭环系统，因此近几年国内许多厂家致力开发开环控制系统，尽管用了许多办法，终因开环系统精度低，不稳定而无法推广应用。其主要原因是：当计算机送入脉冲信号给步进电机时，必须经齿轮、丝杠使刀具动作，当变速箱和丝杠及系统间隙都已消除时，刀具随步进电机也前进一个脉冲当量，当刀具退回时，变速箱中的齿轮和丝杠螺母系统弹性却会产生反向间隙。对于现有的开环系统，对消除这种反向间隙所采取的措施如下：

1，采用弹簧调整齿轮；

2，调整丝杠螺母付；

3，把现有系统的间隙测出来，放在单元存储器内，在步进电机每次反向时，把此间隙值先加给步进电机，当间隙消除后，再调整给程序。对以上措施经过长期的实践，认为仍然不能保持其精度，并且操作复杂。因此不用一个固定的间隙值补偿装置，根据无法长期稳定的保持系统的精度。

本实用新型的目的是在开环系统中，并在变速箱与丝杠之间增设一个固定的扭力传感器，这样可以比较精确的消除系统的间隙。

本实用新型的技术解决方案是：机床齿轮及丝杠间隙自动补偿装置，是在机床的变速箱14和丝杠15之间加装一个由丝杠接头1、应变梁2、步进电机变速端接头5、集电刷9、计算机接头10以及支板11组成的扭力传感器18，丝杠接头1和丝杠端相连，步进电机变速端接头5与由步进电机变速器出来的轴相连，并由步进电机变速端5拨动应变梁2，支板11固定在变速壳体不动，集电刷9中的两个接头，一个是电源线接头，另一个是计算机的信号端接头10，并与计算机的一个输入端相接。所述的扭力传感器18由机械装置和半导体应变片构成，采用高灵敏的半导体应变片作为传感器。扭力传感器18还可以装在步进电机13和变速箱14之间。

本实用新型的优点是：在开环系统里加装扭力传感器后，不用去定量的测定间隙值有多大，而是用克服系统最大静摩擦力的某一个力点作为信号发生的标准。因此该补偿装置工作性能稳、测量精度高、成本低、价格便宜，并且操作简单，易于推广应用。

下面结合附图对本实用新型加以说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的控制电路图；

图3为本实用新型的安装位置示意图。

实施例：根据图1所示，其工作原理是：把步进电机变速端接头5 和由步进电机变速器出来的轴相连，丝杠接头1和丝杠端相连，把支板11固定在变速壳体上不动。集电刷9中其中两个头是9伏电源线接头，一个头是计算机的信号端接头10，并与计算机的一个输入端相接。在执行元件未启动前，扭力传感器不受力，也不向计算机发信号，脉冲计数器不计数。当执行元件逐渐受力达到某一定值时，传感器向计算机给信号，脉冲计数器开始计步长。在每次反向时，计算机都连续重复检测这一信号端，当此信号端是“1”电平时，就可以调用下一个工作程序。

在机床工作过程中，步进电机始终在由正转变为反转，又由反转变为正转。例如电机在某一瞬间反向，则应先把齿轮的间隙消除，这时系统尚未受力或者说电机的变速端5尚未被齿轮带动。如果齿轮间隙消除后，电机的变速端5开始转动，并拨动应变梁2，而应变梁2又拨动丝杠接头1，使丝杠开始转动。如果丝杠有间隙，这时装应变梁2上的半导体应变片12不受力，计算机信号端10无信号输出。待丝杠间隙消除后，应变梁2开始受力，这时要克服刀具溜板的静摩擦力，溜板才能够动，因此这时步进电机连续转动，就使应变梁2上的受力逐渐加大。经反复试验证明，应变梁上的受力最好在最大静摩擦力的一半时，半导体应变片向计算机接头10送出一个“1”信号，这时即可以消除一部分系统的弹性变形，又可以不使刀具储蓄的能量太大而产生突跳。如果电机再反向时，又重复以上过程。

如图2所示，其控制电路的工作原理是：采用高灵敏系数的半导体应变片作为扭矩测量传感器，当电机正转时，半导体应变片R×1，产生正应变，阻值增加，A点电位降低，当VA＜VB时，由电压比较器U1输出一个正电平，经过或门输出为高电平“1”。当电机反转时，半导体应变片R×2产生负应变，阻值减少，C点电位增加，当Vc＞VD时，U2输出一个正电平，经过或门输出为高电平“1”，当系统存在间隙时，R×1和R×2均不产生应变，V1和V2输出均为低电平，经或门输出为“0”。其中W1和W2为微调电位器，可以对不同负荷的机床，调整受扭矩的大小，并输出“1”电平。

图1中的3为印刷线路板；

4为挡盖；

6为顶丝；

7为绝缘环；

8为集电环；

12为应变片。

图3中：16为溜板箱；

17为刀架；

19为主轴箱；

20为尾座。

Claims (3)

1、一种机床齿轮及丝杠间隙自动补偿装置，其特征是：在机床的变速箱14和丝杠15之间加装一个由丝杠接头1、应变梁2、步进电机变速端接头5、集电刷9、计算机接头10以及支板11组成的扭力传感器18，丝杠接头1和丝杠端相连，步进电机变速端接头5与由步进电机变速器出来的轴相连，并由步进电机变速端接头5拨动应变梁2，支板11固定在变速壳体上不动，集电刷9中的两个接头，一个是电源线接头，另一个是计算机的信号端接头10，并与计算机的一个输入端相连。

2、根据权利要求1所述的机床齿轮及丝杠间隙自动补偿装置，其特征是：所述的扭力传感器是采用高灵敏半导体应变片作为传感器。

3、根据权利要求1或2所示的自动补偿装置，其特征是：扭力传感器18还可以装在步进电机13和变速箱14之间。

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