雙螺母滾珠絲杠副預(yù)緊力調(diào)節(jié)與測量裝置及直線進給系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種雙螺母滾珠絲杠副預(yù)緊力調(diào)節(jié)與測量裝置及直線進給系統(tǒng)，雙螺母滾珠絲杠副預(yù)緊力調(diào)節(jié)與測量裝置包括主絲杠螺母、螺母套筒、鎖緊螺母、預(yù)緊螺母、推力軸承、前碟簧固定板、第一碟簧、第二碟簧、后碟簧固定板、環(huán)形壓力傳感器、傳感器固定板、副絲杠螺母、副螺母連接板和工作臺連接板；螺母套筒的一端與主絲杠螺母緊固連接；鎖緊螺母和預(yù)緊螺母通過螺紋連接在螺母套筒上；推力軸承與預(yù)緊螺母緊貼；前碟簧固定板與推力軸承緊貼；第一碟簧的外圓側(cè)與前碟簧固定板緊貼；第二碟簧的內(nèi)孔與第一碟簧的內(nèi)孔緊貼；后碟簧固定板與第二碟簧的外圓側(cè)緊貼；環(huán)形壓力傳感器與后碟簧固定板緊貼，傳感器固定板與環(huán)形壓力傳感器緊貼，傳感器固定板的另一側(cè)通過法蘭與副絲杠螺母緊固連接。
【專利說明】
雙螺母滾珠絲杠副預(yù)緊力調(diào)節(jié)與測量裝置及直線進給系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種雙螺母滾珠絲杠副預(yù)緊力調(diào)節(jié)與測量裝置及直線進給系統(tǒng)，屬于機械制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)控機床作為基礎(chǔ)制造裝備，在制造業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，對國家基礎(chǔ)工業(yè)發(fā)展起到重要作用。數(shù)控機床進給系統(tǒng)一般依靠兩種傳動方式:滾珠絲杠副傳動和直線電機傳動。目前數(shù)控機床仍多采用成熟的滾珠絲杠副作為進給系統(tǒng)的傳動部件。
[0003]為了提高零件的加工精度，目前對滾珠絲杠副的振動特性和進給精度的要求越來越高，一般采用的手段有提高結(jié)構(gòu)剛度與裝配精度、采用螺母預(yù)緊等，其中螺母預(yù)緊因其可操作性更強且更經(jīng)濟，在數(shù)控機床直線進給系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。按預(yù)加負載形式分，可分為單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊、單螺母加大鋼球直徑預(yù)緊、雙螺母墊片預(yù)緊、雙螺母差齒預(yù)緊、雙螺母螺紋預(yù)緊等，數(shù)控機床上常用雙螺母墊片式預(yù)緊。雙螺母墊片預(yù)緊形式是在兩個螺母之間增加剛性墊圈使兩螺母之間產(chǎn)生軸向相對偏移從而產(chǎn)生軸向推力，并可通過調(diào)節(jié)墊片的厚度控制預(yù)緊力的大小。
[0004]雙螺母預(yù)緊能夠消除滾珠絲杠副的軸向間隙并提高軸向剛度，軸向剛度是滾珠絲杠副最重要的性能指標，對滾珠絲杠副的定位精度、動力學性能和傳動性能等有很大的影響。滾珠絲杠副長時間運行后，由于絲杠與螺母之間的磨損，雙螺母之間的預(yù)緊力會發(fā)生變化，從而影響滾珠絲杠副的軸向剛度;對于高動態(tài)運行情況下的滾珠絲杠副，需要滾珠絲杠副的剛度處于較高水平且基本維持恒定，以克服高加速度、外部干擾、以及負載變化帶來的振動等。因此需要對滾珠絲杠副的預(yù)緊力進行實時監(jiān)測，并能進行調(diào)整。
[0005]為了克服以上問題，現(xiàn)有技術(shù)一般采用在兩個螺母之間放置分布式的加載和力測量裝置，實現(xiàn)預(yù)緊力的調(diào)節(jié)和測量，然而這種方式屬于多點受力，會引起預(yù)緊力的分布不均勻，導(dǎo)致絲杠螺母副運行中的軸向振動，以及絲杠和螺母受力過大的部位的磨損加劇，而且對零件的加工和裝配精度要求很高，預(yù)緊力的調(diào)節(jié)需要進行多點調(diào)整，比較復(fù)雜。因此需要既能對雙螺母預(yù)緊力進行實時測量并能精確調(diào)節(jié)，又能保證預(yù)緊力沿雙螺母均勻分布、安裝方便且容易保證安裝精度的裝置，從而將雙螺母預(yù)緊力維持在一定范圍內(nèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種雙螺母滾珠絲杠副預(yù)緊力調(diào)節(jié)與測量裝置及直線進給系統(tǒng)，利用該裝置可以對直接進給系統(tǒng)中的雙螺母滾珠絲杠副的預(yù)緊力進行實時測量和精確調(diào)節(jié)，并且產(chǎn)生的預(yù)緊力分布均勻。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種雙螺母滾珠絲杠副預(yù)緊力調(diào)節(jié)與測量裝置，其特征在于:它包括主絲杠螺母、螺母套筒、鎖緊螺母、預(yù)緊螺母、推力軸承、前碟簧固定板、第一碟簧、第二碟簧、后碟簧固定板、環(huán)形壓力傳感器、傳感器固定板、副絲杠螺母、副螺母連接板和工作臺連接板;所述主絲杠螺母和副絲杠螺母通過滾珠間隔套接在滾珠絲杠上;所述螺母套筒為具有外螺紋的中空圓柱結(jié)構(gòu)，所述螺母套筒的一端通過法蘭與所述主絲杠螺母緊固連接;所述鎖緊螺母和預(yù)緊螺母順次通過螺紋連接在所述螺母套筒上，所述預(yù)緊螺母遠離所述鎖緊螺母的一側(cè)設(shè)置有中空薄壁結(jié)構(gòu);所述推力軸承在預(yù)緊力的作用下與所述預(yù)緊螺母緊貼，所述推力軸承的內(nèi)孔與所述預(yù)緊螺母的中空薄壁結(jié)構(gòu)間隙配合;所述前碟簧固定板在預(yù)緊力的作用下與所述推力軸承緊貼，所述前碟簧固定板的兩側(cè)均設(shè)置有中空薄壁結(jié)構(gòu)，所述前碟簧固定板靠近所述推力軸承一側(cè)的中空薄壁結(jié)構(gòu)與所述預(yù)緊螺母的中空薄壁結(jié)構(gòu)間隙配合;所述第一碟簧的外圓側(cè)在預(yù)緊力的作用下與所述前碟簧固定板緊貼，所述第一碟簧的內(nèi)孔與所述前碟簧固定板遠離所述推力軸承一側(cè)的中空薄壁結(jié)構(gòu)間隙配合;所述第二碟簧與所述第一碟簧反向放置，所述第二碟簧的內(nèi)孔與所述第一碟簧的內(nèi)孔在預(yù)緊力的作用下緊貼;所述后碟簧固定板與所述第二碟簧的外圓側(cè)在預(yù)緊力的作用下緊貼，所述后碟簧固定板的內(nèi)孔與所述前碟簧固定板的中空薄壁結(jié)構(gòu)間隙配合;所述環(huán)形壓力傳感器在預(yù)緊力的作用下與所述后碟簧固定板緊貼，所述環(huán)形壓力傳感器的內(nèi)孔與設(shè)置在所述傳感器固定板一側(cè)的中空薄壁結(jié)構(gòu)間隙配合，所述傳感器固定板在預(yù)緊力的作用下與所述環(huán)形壓力傳感器緊貼，所述傳感器固定板的另一側(cè)通過法蘭與所述副絲杠螺母緊固連接;所述副螺母連接板為L形板，L形板的一端通過法蘭與所述副絲杠螺母垂直緊固連接，所述L形板的另一端設(shè)置通過螺栓與所述工作臺連接板連接;位于所述L形板上的用于與所述工作臺連接板連接的螺栓孔為長圓孔。
[0008]所述螺母套筒、鎖緊螺母、預(yù)緊螺母、推力軸承、前碟簧固定板、第一碟簧、第二碟簧、后碟簧固定板、環(huán)形壓力傳感器和傳感器固定板均套接在所述滾珠絲杠上。
[0009]—種直線進給系統(tǒng)，其特征在于:它包括:一固定底板，一緊固連接在所述固定底板上的電機支撐板，一緊固連接在所述電機支撐板上的電機，一通過聯(lián)軸器與所述電機的輸出軸緊固連接的所述滾珠絲杠，兩緊固連接在所述固定底板上且轉(zhuǎn)動支撐在所述滾珠絲杠的兩端的軸承座，兩間隔分布在所述滾珠絲杠的兩側(cè)且與所述滾珠絲杠平行的導(dǎo)軌，兩滑動連接在其中一所述導(dǎo)軌上的第一滑塊，兩滑動連接在另一所述導(dǎo)軌上的第二滑塊，一與所述第一滑塊和第二滑塊的頂部均緊固連接的工作臺，以及一與所述工作臺的底部緊固連接的螺母座;其中，所述螺母座與所述副絲杠螺母緊固連接，所述工作臺與所述工作臺連接板緊固連接。
[0010]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點:1、本發(fā)明雙螺母滾珠絲杠副預(yù)緊力調(diào)節(jié)與測量裝置可以連續(xù)精確調(diào)節(jié)以及實時精確測量主絲杠螺母與副絲杠螺母之間的預(yù)緊力。2、本發(fā)明雙螺母滾珠絲杠副預(yù)緊力調(diào)節(jié)與測量裝置首次采用整體套接在滾珠絲杠上的方式，相比于現(xiàn)有技術(shù)中采用的分布式的結(jié)構(gòu)，能夠保證預(yù)緊力沿主絲杠螺母和副絲杠螺母圓周方向均勻分布。3、本發(fā)明雙螺母滾珠絲杠副預(yù)緊力調(diào)節(jié)與測量裝置采用整體套接在滾珠絲杠上的方式，零件少、測量裝置少、結(jié)構(gòu)簡單，通過在連接零件上設(shè)計定位結(jié)構(gòu)(中空薄壁結(jié)構(gòu))，使得安裝過程得到簡化，而且容易保證裝配精度。4、本發(fā)明雙螺母滾珠絲杠副預(yù)緊力調(diào)節(jié)與測量裝置采用碟簧施加預(yù)緊力，剛度大，對滾珠絲杠副的整體剛度影響較小，而且占據(jù)空間小。5、本發(fā)明雙螺母滾珠絲杠副預(yù)緊力調(diào)節(jié)與測量裝置通過調(diào)節(jié)預(yù)緊螺母便可實現(xiàn)預(yù)緊力的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)方便可靠，而且鎖緊螺母與預(yù)緊螺母的配合使用可以保證預(yù)緊力在裝置運行過程中基本保持恒定。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明直線進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2是本發(fā)明省略工作臺后的直線進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3是本發(fā)明雙螺母滾珠絲杠副預(yù)緊力調(diào)節(jié)與測量裝置的拆分結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。
[0015]如圖1、圖2所示，本發(fā)明提出了一種雙螺母滾珠絲杠副預(yù)緊力調(diào)節(jié)與測量裝置20，該裝置安裝在直線進給系統(tǒng)中。直線進給系統(tǒng)包括固定底板1、緊固連接在固定底板I上的電機支撐板2、緊固連接在電機支撐板2上的電機3、通過聯(lián)軸器4與電機3的輸出軸緊固連接的滾珠絲杠5、緊固連接在固定底板I上且轉(zhuǎn)動支撐在滾珠絲杠5的兩端的軸承座6、兩條間隔分布在滾珠絲杠5的兩側(cè)且與滾珠絲杠5平行的導(dǎo)軌7、兩個滑動連接在其中一導(dǎo)軌7上的第一滑塊8、兩個滑動連接在另一導(dǎo)軌7上的第二滑塊9、與第一滑塊和第二滑塊的頂部均緊固連接的工作臺1以及與工作臺1的底部緊固連接的螺母座11。
[0016]如圖2、圖3所示，本發(fā)明雙螺母滾珠絲杠副預(yù)緊力調(diào)節(jié)與測量裝置20套接在滾珠絲杠5上并且一端與螺母座11緊固連接。雙螺母滾珠絲杠副預(yù)緊力調(diào)節(jié)與測量裝置20包括主絲杠螺母21、螺母套筒22、鎖緊螺母23、預(yù)緊螺母24、推力軸承25、前碟簧固定板26、第一碟簧27、第二碟簧28、后碟簧固定板29、環(huán)形壓力傳感器30、傳感器固定板31、副絲杠螺母32、副螺母連接板33和工作臺連接板34。其中，螺母套筒22為具有外螺紋的中空圓柱結(jié)構(gòu)，其一端通過法蘭與主絲杠螺母21緊固連接;鎖緊螺母23和預(yù)緊螺母24順次通過螺紋連接在螺母套筒22上，預(yù)緊螺母24遠離鎖緊螺母23的一側(cè)設(shè)置有中空薄壁結(jié)構(gòu);推力軸承25在預(yù)緊力的作用下與預(yù)緊螺母24緊貼，推力軸承25的內(nèi)孔與預(yù)緊螺母24的中空薄壁結(jié)構(gòu)間隙配合，以保證推力軸承25的安裝定位;前碟簧固定板26在預(yù)緊力的作用下與推力軸承25緊貼，前碟簧固定板26的兩側(cè)均設(shè)置有中空薄壁結(jié)構(gòu)，前碟簧固定板26靠近推力軸承25—側(cè)的中空薄壁結(jié)構(gòu)與預(yù)緊螺母24的中空薄壁結(jié)構(gòu)間隙配合，以保證前碟簧固定板26的安裝定位；第一碟簧27的外圓側(cè)在預(yù)緊力的作用下與前碟簧固定板26緊貼，第一碟簧27的內(nèi)孔與前碟簧固定板26遠離推力軸承25—側(cè)的中空薄壁結(jié)構(gòu)間隙配合，以保證第一碟簧27的安裝定位;第二碟簧28與第一碟簧27反向放置，第二碟簧28的內(nèi)孔與第一碟簧27的內(nèi)孔在預(yù)緊力的作用下緊貼；后碟簧固定板29與第二碟簧28的外圓側(cè)在預(yù)緊力的作用下緊貼，后碟簧固定板29的內(nèi)孔與前碟簧固定板26的中空薄壁結(jié)構(gòu)間隙配合，以保證后碟簧固定板29的安裝定位;環(huán)形壓力傳感器30在預(yù)緊力的作用下與后碟簧固定板29緊貼，環(huán)形壓力傳感器30的內(nèi)孔與設(shè)置在傳感器固定板31—側(cè)的中空薄壁結(jié)構(gòu)間隙配合，以保證環(huán)形壓力傳感器30的安裝定位，傳感器固定板31在預(yù)緊力的作用下與環(huán)形壓力傳感器30緊貼，傳感器固定板31的另一側(cè)通過法蘭與副絲杠螺母32緊固連接，副絲杠螺母32的另一端與螺母座11緊固連接;副螺母連接板33為L形板，L形板的一端通過法蘭與副絲杠螺母32垂直緊固連接，另一端設(shè)置通過螺栓與工作臺連接板34連接，并且，位于L形板上的用于與工作臺連接板34連接的螺栓孔為長圓孔，以保證主絲杠螺母21與副絲杠螺母32之間的軸向自由度是自由的，旋轉(zhuǎn)自由度是約束的;工作臺連接板34與工作臺10緊固連接。
[0017]上述實施例中，主絲杠螺母21、螺母套筒22、鎖緊螺母23、預(yù)緊螺母24、推力軸承25、前碟簧固定板26、第一碟簧27、第二碟簧28、后碟簧固定板29、環(huán)形壓力傳感器30、傳感器固定板31和副絲杠螺母32均套接在滾珠絲杠5上。
[0018]本發(fā)明所述的直線進給系統(tǒng)的工作過程如下:如圖1和圖2所示，電機3輸出軸的轉(zhuǎn)動通過聯(lián)軸器4帶動滾珠絲杠5轉(zhuǎn)動，滾珠絲杠5的兩端由兩軸承座6支撐，滾珠絲杠5的轉(zhuǎn)動帶動主絲杠螺母21沿滾珠絲杠5的軸向運動，主絲杠螺母21推動工作臺10沿著滾珠絲杠5的軸向運動，第一滑塊8和第二滑塊9分別沿著兩導(dǎo)軌7滑動，工作臺10通過副螺母連接板33和工作臺連接板34限制了副絲杠螺母32的轉(zhuǎn)動，因此副絲杠螺母32沿滾珠絲杠5軸向運動，雙螺母滾珠絲杠副預(yù)緊力調(diào)節(jié)與測量裝置20沿滾珠絲杠5軸向運動。
[0019]本發(fā)明所述的雙螺母滾珠絲杠副預(yù)緊力調(diào)節(jié)與測量裝置的工作過程如下:旋緊預(yù)緊螺母24，預(yù)緊螺母24相對于螺母套筒22向遠離主絲杠螺母21的方向運動，從而推動推力軸承25和前碟簧固定板26向同一方向運動，前碟簧固定板26壓縮第一碟簧27和第二碟簧28，產(chǎn)生的推力通過后碟簧固定板29、環(huán)形壓力傳感器30和傳感器固定板31傳遞給副絲杠螺母32，從而在主絲杠螺母21和副絲杠螺母32之間產(chǎn)生軸向預(yù)緊力，該預(yù)緊力大小可以通過讀取環(huán)形壓力傳感器30的讀數(shù)進行實時精確測量。由于副螺母連接板33上的螺栓孔為長圓孔，在施加預(yù)緊力過程中主絲杠螺母21和副絲杠螺母32之間可以軸向運動，因此保證預(yù)緊力作用在主絲杠螺母21和副絲杠螺母32上。推力軸承25可以減小旋緊預(yù)緊螺母24時的摩擦扭矩，使得旋緊過程更為容易。當將預(yù)緊力值調(diào)至需要值時，通過旋緊鎖緊螺母23將預(yù)緊螺母24的位置進行固定，保證在運動過程中預(yù)緊螺母24保持位置恒定，從而保證預(yù)緊力大小恒定。
[0020]上述各實施例僅用于對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種雙螺母滾珠絲杠副預(yù)緊力調(diào)節(jié)與測量裝置，其特征在于:它包括主絲杠螺母、螺母套筒、鎖緊螺母、預(yù)緊螺母、推力軸承、前碟簧固定板、第一碟簧、第二碟簧、后碟簧固定板、環(huán)形壓力傳感器、傳感器固定板、副絲杠螺母、副螺母連接板和工作臺連接板； 所述主絲杠螺母和副絲杠螺母通過滾珠間隔套接在滾珠絲杠上;所述螺母套筒為具有外螺紋的中空圓柱結(jié)構(gòu)，所述螺母套筒的一端通過法蘭與所述主絲杠螺母緊固連接;所述鎖緊螺母和預(yù)緊螺母順次通過螺紋連接在所述螺母套筒上，所述預(yù)緊螺母遠離所述鎖緊螺母的一側(cè)設(shè)置有中空薄壁結(jié)構(gòu);所述推力軸承在預(yù)緊力的作用下與所述預(yù)緊螺母緊貼，所述推力軸承的內(nèi)孔與所述預(yù)緊螺母的中空薄壁結(jié)構(gòu)間隙配合;所述前碟簧固定板在預(yù)緊力的作用下與所述推力軸承緊貼，所述前碟簧固定板的兩側(cè)均設(shè)置有中空薄壁結(jié)構(gòu)，所述前碟簧固定板靠近所述推力軸承一側(cè)的中空薄壁結(jié)構(gòu)與所述預(yù)緊螺母的中空薄壁結(jié)構(gòu)間隙配合;所述第一碟簧的外圓側(cè)在預(yù)緊力的作用下與所述前碟簧固定板緊貼，所述第一碟簧的內(nèi)孔與所述前碟簧固定板遠離所述推力軸承一側(cè)的中空薄壁結(jié)構(gòu)間隙配合;所述第二碟簧與所述第一碟簧反向放置，所述第二碟簧的內(nèi)孔與所述第一碟簧的內(nèi)孔在預(yù)緊力的作用下緊貼;所述后碟簧固定板與所述第二碟簧的外圓側(cè)在預(yù)緊力的作用下緊貼，所述后碟簧固定板的內(nèi)孔與所述前碟簧固定板的中空薄壁結(jié)構(gòu)間隙配合;所述環(huán)形壓力傳感器在預(yù)緊力的作用下與所述后碟簧固定板緊貼，所述環(huán)形壓力傳感器的內(nèi)孔與設(shè)置在所述傳感器固定板一側(cè)的中空薄壁結(jié)構(gòu)間隙配合，所述傳感器固定板在預(yù)緊力的作用下與所述環(huán)形壓力傳感器緊貼，所述傳感器固定板的另一側(cè)通過法蘭與所述副絲杠螺母緊固連接;所述副螺母連接板為L形板，L形板的一端通過法蘭與所述副絲杠螺母垂直緊固連接，所述L形板的另一端設(shè)置通過螺栓與所述工作臺連接板連接;位于所述L形板上的用于與所述工作臺連接板連接的螺栓孔為長圓孔。2.如權(quán)利要求1所述的雙螺母滾珠絲杠副預(yù)緊力調(diào)節(jié)與測量裝置，其特征在于:所述螺母套筒、鎖緊螺母、預(yù)緊螺母、推力軸承、前碟簧固定板、第一碟簧、第二碟簧、后碟簧固定板、環(huán)形壓力傳感器和傳感器固定板均套接在所述滾珠絲杠上。3.—種安裝有如權(quán)利要求1或2所述的雙螺母滾珠絲杠副預(yù)緊力調(diào)節(jié)與測量裝置的直線進給系統(tǒng)，其特征在于:它包括: 一固定底板， 一緊固連接在所述固定底板上的電機支撐板， 一緊固連接在所述電機支撐板上的電機， 一通過聯(lián)軸器與所述電機的輸出軸緊固連接的所述滾珠絲杠， 兩緊固連接在所述固定底板上且轉(zhuǎn)動支撐在所述滾珠絲杠的兩端的軸承座， 兩間隔分布在所述滾珠絲杠的兩側(cè)且與所述滾珠絲杠平行的導(dǎo)軌， 兩滑動連接在其中一所述導(dǎo)軌上的第一滑塊， 兩滑動連接在另一所述導(dǎo)軌上的第二滑塊， 一與所述第一滑塊和第二滑塊的頂部均緊固連接的工作臺，以及 一與所述工作臺的底部緊固連接的螺母座； 其中，所述螺母座與所述副絲杠螺母緊固連接，所述工作臺與所述工作臺連接板緊固連接。
【文檔編號】B23Q17/00GK105965307SQ201610286086
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月3日
【發(fā)明人】李鐵民, 李福華, 姜峣, 杜云松, 賈石
【申請人】清華大學