数控机床的丝杆预拉伸结构的制作方法

本发明涉及机床尤其是数控机床领域，具体涉及一种数控机床的丝杆预拉伸结构。

背景技术：

近年来，制造业的不断发展对数控机床性能提出了更高的要求，而丝杆传动精度对机床加工时的进给量、定位精度有着重要的影响。

现有数控机床上所使用的丝杆装置包括丝杆轴，螺纹连接于丝杆轴上的丝杆螺母，分别设置在所述丝杆轴轴向两端、以旋转支撑所述丝杆轴的首端座和尾端座，以及其电机轴与丝杆轴的轴向首端传动连接的驱动电机，其中首端座和尾端座内均设置有支撑轴承，首端座也通常称之为传动座。

然而，在现有技术中，上述首端座内的轴承通常采用角接触轴承，而尾端座内的轴承为普通的内外圈不能轴向相对移动的深沟球轴承。丝杆轴在与丝杆螺母在高速旋转会产生大量的热量，物体本身具有热胀冷缩的物理特性，所以因为热量的关系，会膨胀，使丝杆轴延伸，从而“弄弯”丝杆轴。

技术实现要素：

本发明目的是：针对上述问题，本发明提出一种数控机床的丝杆预拉伸结构。

本发明的技术方案是：一种数控机床的丝杆预拉伸结构，包括：

丝杆轴，

螺纹连接于所述丝杆轴上的丝杆螺母，

分别设置在所述丝杆轴轴向两端、以旋转支撑所述丝杆轴的首端座和尾端座，以及

其电机轴与所述丝杆轴的轴向首端传动连接的驱动电机；

所述首端座和尾端座均分别包括端座外壳和同轴布置在所述端座外壳内的至少四个角接触轴承，所述角接触轴承包括旋转连接的轴承内圈和轴承外圈，其中轴承外圈与所述端座外壳固定，轴承内圈固体套设在所述丝杆轴上；

所述首端座内的所述至少四个角接触轴承以第一种配合方式排列设置，而使得所述丝杆轴与所述首端座的端座外壳轴向相对固定；

所述尾端座内的所述至少四个角接触轴承以第二种配合方式排列设置，而使得所述丝杆轴能够相对于与所述首端座的端座外壳轴向移动。

本发明在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：

所述首端座包括四个角接触轴承，分别为沿所述丝杆轴的轴线方向依次布置的第一首端座轴承、第二首端座轴承、第三首端座轴承和第四首端座轴承，所述第一首端座轴承和第二首端座轴承同向布置，所述第三首端座轴承和第四首端座轴承同向布置，所述第二首端座轴承和所述第三首端座轴承反向布置。

所述尾端座包括四个角接触轴承，分别为沿所述丝杆轴的轴线方向依次分布的第一尾端座轴承、第二尾端座轴承、第三尾端座轴承和第四尾端座轴承，所述尾端座尾端轴承和第二尾端座轴承反向布置，所述第二尾端座轴承、第三尾端座轴承和第四尾端座轴承同向布置。

所述尾端座还包括活动套设于所述丝杆轴上、且分别位于所述尾端座内四个角接触轴承轴向两侧的弹簧垫片和迷宫垫片，其中弹簧垫片相比于迷宫垫片更加远离所述丝杆轴的中心部，所述丝杆轴上螺纹套接有将所述弹簧垫片轴向压紧在所述尾端座的端座外壳上的压紧螺母，所述丝杆轴的外壁上垂直开设有朝向所述迷宫垫片的环形台阶面，所述迷宫垫片被轴向限位在该环形台阶面和所述尾端座的端座外壳之间。

所述压紧螺母所述弹簧垫片之间夹设有平垫片。

所述弹簧垫片为蝶形弹簧结构。

所述迷宫垫片与所述环形台阶面之间预留1～2mm的轴向间隙。

所述尾端座内四个角接触轴承的轴承内圈对所述丝杆轴施加有一定的轴向预拉伸力。

所述驱动电机的电机轴通过皮带与所述丝杆轴的轴向首端传动连接。

所述驱动电机为伺服电机。

本发明的优点是：本发明将丝杆轴首端与传动座配合出采用紧固结构，而丝杆轴尾端与尾端座配合处具有一定的轴向变形让位空间同时还采用预拉伸结构设计，从而增加丝杆轴的刚性，提高传动精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有丝杆装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中丝杆预拉伸结构的整体示意图；

图3为本发明实施例中首端座的结构示意图；

图4为本发明实施例中尾端座的结构示意图。

其中：A-首端座，B-尾端座，1-丝杆轴，1a-环形台阶面，2-平垫片，3-驱动电机，4-端座外壳，5-角接触轴承，5a-轴承内圈，5b-轴承外圈，6-弹簧垫片，7-迷宫垫片，8-压紧螺母。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

图2、图3和图4示出了本发明这种数控机床的丝杆预拉伸结构的一个具体实施例，其包括：丝杆轴1，螺纹连接于所述丝杆轴上的丝杆螺母，分别设置在所述丝杆轴轴向两端、以旋转支撑所述丝杆轴的首端座A(因驱动电机设置在该首端座位置，故其也称传动座)和尾端座B，以及其电机轴通过皮带与所述丝杆轴的轴向首端传动连接的驱动电机3，该驱动电机3采用伺服电机。

本实施例的关键改进在于：所述首端座A和尾端座B均分别包括端座外壳4和同轴布置在所述端座外壳内的四个角接触轴承5，所述角接触轴承5包括旋转连接的轴承内圈5a和轴承外圈5b，其中轴承外圈5b与端座外壳4固定，轴承内圈5a固体套设在丝杆轴1上。所述首端座A内的四个角接触轴承5以第一种配合方式排列设置，而使得所述丝杆轴1与所述首端座A的端座外壳4轴向相对固定。所述尾端座B内的四个角接触轴承5以第二种配合方式排列设置，而使得所述丝杆轴1能够相对于与尾端座B的端座外壳4轴向移动。

实际使用过程中，在驱动电机3带动丝杆轴1高速旋转而使丝杆轴受热膨胀时，丝杆轴1的尾端在图3中会相对于尾端座向左轴向延伸，而使得丝杆轴的轴向膨胀量得到释放，进而有效防止丝杆轴1被压弯。

能够实现上述功能的两种角接触轴承组的排列配合方式有多种，而且为知晓角接触轴承特性的本领域普通技术人员所熟知的技术，本实施例中具体采用如下配合方式：

上述第一种配合方式为：首端座A内的四个角接触轴承5分别为沿丝杆轴1的轴线方向依次布置(在图3中自左向右)的第一首端座轴承、第二首端座轴承、第三首端座轴承和第四首端座轴承，所述第一首端座轴承和第二首端座轴承同向布置，所述第三首端座轴承和第四首端座轴承同向布置，所述第二首端座轴承和所述第三首端座轴承反向布置。

上述第二种配合方式为：尾端座B内的四个角接触轴承5分别为沿丝杆轴1的轴线方向依次分布(在图4中自左向右)的第一尾端座轴承、第二尾端座轴承、第三尾端座轴承和第四尾端座轴承，所述尾端座尾端轴承和第二尾端座轴承反向布置，所述第二尾端座轴承、第三尾端座轴承和第四尾端座轴承同向布置。

当驱动电机3带动丝杆轴1高速旋转而使丝杆轴受热膨胀时，丝杆轴1的尾端在图3中向左轴向延伸，尾端座B内四个角接触轴承5的轴承内圈5a随着丝杆轴1同步移动，而轴承外圈5b始终固定于端座外壳上，即尾端座B内四个角接触轴承5的轴承内圈5a相对于轴承外圈5b产生轴向向左的位移。这样使得丝杆轴的轴向膨胀量得到释放，有效防止丝杆轴1被“弄弯”。

为了尾端座B内四个角接触轴承5的轴承内圈5a在图4中能够相对于轴承外圈5b产生足够大的向左的轴向位移量，我们还利用尾端座对丝杆轴1进行预先拉伸处理：即在常温下，图4中尾端座B内四个角接触轴承5的轴承内圈5a对丝杆轴1施加了一定大小的向左的轴向拉伸力，而使得常态下尾端座B内四个角接触轴承5的轴承内圈5a处于轴承外圈5b的轴向右侧极限位置。

所述尾端座B还包括活动套设于丝杆轴1上、且分别位于尾端座内四个角接触轴承轴向两侧的弹簧垫片6和迷宫垫片7，其中弹簧垫片6为蝶形弹簧结构，而且弹簧垫片6相比于迷宫垫片7更加远离所述丝杆轴1的中心部。丝杆轴1上螺纹套接有将弹簧垫片6轴向压紧在尾端座的端座外壳4上的压紧螺母8。丝杆轴1的外壁上垂直开设有朝向前述迷宫垫片7的环形台阶面1a，迷宫垫片7被轴向限位在该环形台阶面1a和尾端座的端座外壳4之间。

为了方便压紧螺母8的锁紧装配，本实施例在压紧螺母8与弹簧垫片6之间夹设平垫片2。迷宫垫片7与环形台阶面1a之间预留1～2mm的轴向间隙，以抵消丝杆轴1受热后的轴向拉伸变形。

所要说明的是，上述首端座A和尾端座B内角接触轴承5的数量并非必须为四个，也可以是五个、六个等等，一般来说，最好在四个以上，四个为最佳。

本实施例中的角接触轴承5购自日本精工株式会社(NSK)。

当然，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。