双螺母滚珠丝杠副预紧力调节与测量装置及直线进给系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种双螺母滚珠丝杠副预紧力调节与测量装置及直线进给系统，双螺母滚珠丝杠副预紧力调节与测量装置包括主丝杠螺母、螺母套筒、锁紧螺母、预紧螺母、推力轴承、前碟簧固定板、第一碟簧、第二碟簧、后碟簧固定板、环形压力传感器、传感器固定板、副丝杠螺母、副螺母连接板和工作台连接板；螺母套筒的一端与主丝杠螺母紧固连接；锁紧螺母和预紧螺母通过螺纹连接在螺母套筒上；推力轴承与预紧螺母紧贴；前碟簧固定板与推力轴承紧贴；第一碟簧的外圆侧与前碟簧固定板紧贴；第二碟簧的内孔与第一碟簧的内孔紧贴；后碟簧固定板与第二碟簧的外圆侧紧贴；环形压力传感器与后碟簧固定板紧贴，传感器固定板与环形压力传感器紧贴，传感器固定板的另一侧通过法兰与副丝杠螺母紧固连接。
【专利说明】
双螺母滚珠丝杠副预紧力调节与测量装置及直线进给系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种双螺母滚珠丝杠副预紧力调节与测量装置及直线进给系统，属于机械制造技术领域。
【背景技术】
[0002]数控机床作为基础制造装备，在制造业中的应用越来越广泛，对国家基础工业发展起到重要作用。数控机床进给系统一般依靠两种传动方式:滚珠丝杠副传动和直线电机传动。目前数控机床仍多采用成熟的滚珠丝杠副作为进给系统的传动部件。
[0003]为了提高零件的加工精度，目前对滚珠丝杠副的振动特性和进给精度的要求越来越高，一般采用的手段有提高结构刚度与装配精度、采用螺母预紧等，其中螺母预紧因其可操作性更强且更经济，在数控机床直线进给系统中得到广泛应用。按预加负载形式分，可分为单螺母变位导程预紧、单螺母加大钢球直径预紧、双螺母垫片预紧、双螺母差齿预紧、双螺母螺纹预紧等，数控机床上常用双螺母垫片式预紧。双螺母垫片预紧形式是在两个螺母之间增加刚性垫圈使两螺母之间产生轴向相对偏移从而产生轴向推力，并可通过调节垫片的厚度控制预紧力的大小。
[0004]双螺母预紧能够消除滚珠丝杠副的轴向间隙并提高轴向刚度，轴向刚度是滚珠丝杠副最重要的性能指标，对滚珠丝杠副的定位精度、动力学性能和传动性能等有很大的影响。滚珠丝杠副长时间运行后，由于丝杠与螺母之间的磨损，双螺母之间的预紧力会发生变化，从而影响滚珠丝杠副的轴向刚度;对于高动态运行情况下的滚珠丝杠副，需要滚珠丝杠副的刚度处于较高水平且基本维持恒定，以克服高加速度、外部干扰、以及负载变化带来的振动等。因此需要对滚珠丝杠副的预紧力进行实时监测，并能进行调整。
[0005]为了克服以上问题，现有技术一般采用在两个螺母之间放置分布式的加载和力测量装置，实现预紧力的调节和测量，然而这种方式属于多点受力，会引起预紧力的分布不均匀，导致丝杠螺母副运行中的轴向振动，以及丝杠和螺母受力过大的部位的磨损加剧，而且对零件的加工和装配精度要求很高，预紧力的调节需要进行多点调整，比较复杂。因此需要既能对双螺母预紧力进行实时测量并能精确调节，又能保证预紧力沿双螺母均匀分布、安装方便且容易保证安装精度的装置，从而将双螺母预紧力维持在一定范围内。
【发明内容】
[0006]针对上述问题，本发明的目的是提供一种双螺母滚珠丝杠副预紧力调节与测量装置及直线进给系统，利用该装置可以对直接进给系统中的双螺母滚珠丝杠副的预紧力进行实时测量和精确调节，并且产生的预紧力分布均匀。
[0007]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种双螺母滚珠丝杠副预紧力调节与测量装置，其特征在于:它包括主丝杠螺母、螺母套筒、锁紧螺母、预紧螺母、推力轴承、前碟簧固定板、第一碟簧、第二碟簧、后碟簧固定板、环形压力传感器、传感器固定板、副丝杠螺母、副螺母连接板和工作台连接板;所述主丝杠螺母和副丝杠螺母通过滚珠间隔套接在滚珠丝杠上;所述螺母套筒为具有外螺纹的中空圆柱结构，所述螺母套筒的一端通过法兰与所述主丝杠螺母紧固连接;所述锁紧螺母和预紧螺母顺次通过螺纹连接在所述螺母套筒上，所述预紧螺母远离所述锁紧螺母的一侧设置有中空薄壁结构;所述推力轴承在预紧力的作用下与所述预紧螺母紧贴，所述推力轴承的内孔与所述预紧螺母的中空薄壁结构间隙配合;所述前碟簧固定板在预紧力的作用下与所述推力轴承紧贴，所述前碟簧固定板的两侧均设置有中空薄壁结构，所述前碟簧固定板靠近所述推力轴承一侧的中空薄壁结构与所述预紧螺母的中空薄壁结构间隙配合;所述第一碟簧的外圆侧在预紧力的作用下与所述前碟簧固定板紧贴，所述第一碟簧的内孔与所述前碟簧固定板远离所述推力轴承一侧的中空薄壁结构间隙配合;所述第二碟簧与所述第一碟簧反向放置，所述第二碟簧的内孔与所述第一碟簧的内孔在预紧力的作用下紧贴;所述后碟簧固定板与所述第二碟簧的外圆侧在预紧力的作用下紧贴，所述后碟簧固定板的内孔与所述前碟簧固定板的中空薄壁结构间隙配合;所述环形压力传感器在预紧力的作用下与所述后碟簧固定板紧贴，所述环形压力传感器的内孔与设置在所述传感器固定板一侧的中空薄壁结构间隙配合，所述传感器固定板在预紧力的作用下与所述环形压力传感器紧贴，所述传感器固定板的另一侧通过法兰与所述副丝杠螺母紧固连接;所述副螺母连接板为L形板，L形板的一端通过法兰与所述副丝杠螺母垂直紧固连接，所述L形板的另一端设置通过螺栓与所述工作台连接板连接;位于所述L形板上的用于与所述工作台连接板连接的螺栓孔为长圆孔。
[0008]所述螺母套筒、锁紧螺母、预紧螺母、推力轴承、前碟簧固定板、第一碟簧、第二碟簧、后碟簧固定板、环形压力传感器和传感器固定板均套接在所述滚珠丝杠上。
[0009]—种直线进给系统，其特征在于:它包括:一固定底板，一紧固连接在所述固定底板上的电机支撑板，一紧固连接在所述电机支撑板上的电机，一通过联轴器与所述电机的输出轴紧固连接的所述滚珠丝杠，两紧固连接在所述固定底板上且转动支撑在所述滚珠丝杠的两端的轴承座，两间隔分布在所述滚珠丝杠的两侧且与所述滚珠丝杠平行的导轨，两滑动连接在其中一所述导轨上的第一滑块，两滑动连接在另一所述导轨上的第二滑块，一与所述第一滑块和第二滑块的顶部均紧固连接的工作台，以及一与所述工作台的底部紧固连接的螺母座;其中，所述螺母座与所述副丝杠螺母紧固连接，所述工作台与所述工作台连接板紧固连接。
[0010]本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、本发明双螺母滚珠丝杠副预紧力调节与测量装置可以连续精确调节以及实时精确测量主丝杠螺母与副丝杠螺母之间的预紧力。2、本发明双螺母滚珠丝杠副预紧力调节与测量装置首次采用整体套接在滚珠丝杠上的方式，相比于现有技术中采用的分布式的结构，能够保证预紧力沿主丝杠螺母和副丝杠螺母圆周方向均匀分布。3、本发明双螺母滚珠丝杠副预紧力调节与测量装置采用整体套接在滚珠丝杠上的方式，零件少、测量装置少、结构简单，通过在连接零件上设计定位结构(中空薄壁结构)，使得安装过程得到简化，而且容易保证装配精度。4、本发明双螺母滚珠丝杠副预紧力调节与测量装置采用碟簧施加预紧力，刚度大，对滚珠丝杠副的整体刚度影响较小，而且占据空间小。5、本发明双螺母滚珠丝杠副预紧力调节与测量装置通过调节预紧螺母便可实现预紧力的调节，调节方便可靠，而且锁紧螺母与预紧螺母的配合使用可以保证预紧力在装置运行过程中基本保持恒定。
【附图说明】
[0011]图1是本发明直线进给系统的结构示意图；
[0012]图2是本发明省略工作台后的直线进给系统的结构示意图；
[0013]图3是本发明双螺母滚珠丝杠副预紧力调节与测量装置的拆分结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0015]如图1、图2所示，本发明提出了一种双螺母滚珠丝杠副预紧力调节与测量装置20，该装置安装在直线进给系统中。直线进给系统包括固定底板1、紧固连接在固定底板I上的电机支撑板2、紧固连接在电机支撑板2上的电机3、通过联轴器4与电机3的输出轴紧固连接的滚珠丝杠5、紧固连接在固定底板I上且转动支撑在滚珠丝杠5的两端的轴承座6、两条间隔分布在滚珠丝杠5的两侧且与滚珠丝杠5平行的导轨7、两个滑动连接在其中一导轨7上的第一滑块8、两个滑动连接在另一导轨7上的第二滑块9、与第一滑块和第二滑块的顶部均紧固连接的工作台1以及与工作台1的底部紧固连接的螺母座11。
[0016]如图2、图3所示，本发明双螺母滚珠丝杠副预紧力调节与测量装置20套接在滚珠丝杠5上并且一端与螺母座11紧固连接。双螺母滚珠丝杠副预紧力调节与测量装置20包括主丝杠螺母21、螺母套筒22、锁紧螺母23、预紧螺母24、推力轴承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、环形压力传感器30、传感器固定板31、副丝杠螺母32、副螺母连接板33和工作台连接板34。其中，螺母套筒22为具有外螺纹的中空圆柱结构，其一端通过法兰与主丝杠螺母21紧固连接;锁紧螺母23和预紧螺母24顺次通过螺纹连接在螺母套筒22上，预紧螺母24远离锁紧螺母23的一侧设置有中空薄壁结构;推力轴承25在预紧力的作用下与预紧螺母24紧贴，推力轴承25的内孔与预紧螺母24的中空薄壁结构间隙配合，以保证推力轴承25的安装定位;前碟簧固定板26在预紧力的作用下与推力轴承25紧贴，前碟簧固定板26的两侧均设置有中空薄壁结构，前碟簧固定板26靠近推力轴承25—侧的中空薄壁结构与预紧螺母24的中空薄壁结构间隙配合，以保证前碟簧固定板26的安装定位；第一碟簧27的外圆侧在预紧力的作用下与前碟簧固定板26紧贴，第一碟簧27的内孔与前碟簧固定板26远离推力轴承25—侧的中空薄壁结构间隙配合，以保证第一碟簧27的安装定位;第二碟簧28与第一碟簧27反向放置，第二碟簧28的内孔与第一碟簧27的内孔在预紧力的作用下紧贴；后碟簧固定板29与第二碟簧28的外圆侧在预紧力的作用下紧贴，后碟簧固定板29的内孔与前碟簧固定板26的中空薄壁结构间隙配合，以保证后碟簧固定板29的安装定位;环形压力传感器30在预紧力的作用下与后碟簧固定板29紧贴，环形压力传感器30的内孔与设置在传感器固定板31—侧的中空薄壁结构间隙配合，以保证环形压力传感器30的安装定位，传感器固定板31在预紧力的作用下与环形压力传感器30紧贴，传感器固定板31的另一侧通过法兰与副丝杠螺母32紧固连接，副丝杠螺母32的另一端与螺母座11紧固连接;副螺母连接板33为L形板，L形板的一端通过法兰与副丝杠螺母32垂直紧固连接，另一端设置通过螺栓与工作台连接板34连接，并且，位于L形板上的用于与工作台连接板34连接的螺栓孔为长圆孔，以保证主丝杠螺母21与副丝杠螺母32之间的轴向自由度是自由的，旋转自由度是约束的;工作台连接板34与工作台10紧固连接。
[0017]上述实施例中，主丝杠螺母21、螺母套筒22、锁紧螺母23、预紧螺母24、推力轴承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、环形压力传感器30、传感器固定板31和副丝杠螺母32均套接在滚珠丝杠5上。
[0018]本发明所述的直线进给系统的工作过程如下:如图1和图2所示，电机3输出轴的转动通过联轴器4带动滚珠丝杠5转动，滚珠丝杠5的两端由两轴承座6支撑，滚珠丝杠5的转动带动主丝杠螺母21沿滚珠丝杠5的轴向运动，主丝杠螺母21推动工作台10沿着滚珠丝杠5的轴向运动，第一滑块8和第二滑块9分别沿着两导轨7滑动，工作台10通过副螺母连接板33和工作台连接板34限制了副丝杠螺母32的转动，因此副丝杠螺母32沿滚珠丝杠5轴向运动，双螺母滚珠丝杠副预紧力调节与测量装置20沿滚珠丝杠5轴向运动。
[0019]本发明所述的双螺母滚珠丝杠副预紧力调节与测量装置的工作过程如下:旋紧预紧螺母24，预紧螺母24相对于螺母套筒22向远离主丝杠螺母21的方向运动，从而推动推力轴承25和前碟簧固定板26向同一方向运动，前碟簧固定板26压缩第一碟簧27和第二碟簧28，产生的推力通过后碟簧固定板29、环形压力传感器30和传感器固定板31传递给副丝杠螺母32，从而在主丝杠螺母21和副丝杠螺母32之间产生轴向预紧力，该预紧力大小可以通过读取环形压力传感器30的读数进行实时精确测量。由于副螺母连接板33上的螺栓孔为长圆孔，在施加预紧力过程中主丝杠螺母21和副丝杠螺母32之间可以轴向运动，因此保证预紧力作用在主丝杠螺母21和副丝杠螺母32上。推力轴承25可以减小旋紧预紧螺母24时的摩擦扭矩，使得旋紧过程更为容易。当将预紧力值调至需要值时，通过旋紧锁紧螺母23将预紧螺母24的位置进行固定，保证在运动过程中预紧螺母24保持位置恒定，从而保证预紧力大小恒定。
[0020]上述各实施例仅用于对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种双螺母滚珠丝杠副预紧力调节与测量装置，其特征在于:它包括主丝杠螺母、螺母套筒、锁紧螺母、预紧螺母、推力轴承、前碟簧固定板、第一碟簧、第二碟簧、后碟簧固定板、环形压力传感器、传感器固定板、副丝杠螺母、副螺母连接板和工作台连接板； 所述主丝杠螺母和副丝杠螺母通过滚珠间隔套接在滚珠丝杠上;所述螺母套筒为具有外螺纹的中空圆柱结构，所述螺母套筒的一端通过法兰与所述主丝杠螺母紧固连接;所述锁紧螺母和预紧螺母顺次通过螺纹连接在所述螺母套筒上，所述预紧螺母远离所述锁紧螺母的一侧设置有中空薄壁结构;所述推力轴承在预紧力的作用下与所述预紧螺母紧贴，所述推力轴承的内孔与所述预紧螺母的中空薄壁结构间隙配合;所述前碟簧固定板在预紧力的作用下与所述推力轴承紧贴，所述前碟簧固定板的两侧均设置有中空薄壁结构，所述前碟簧固定板靠近所述推力轴承一侧的中空薄壁结构与所述预紧螺母的中空薄壁结构间隙配合;所述第一碟簧的外圆侧在预紧力的作用下与所述前碟簧固定板紧贴，所述第一碟簧的内孔与所述前碟簧固定板远离所述推力轴承一侧的中空薄壁结构间隙配合;所述第二碟簧与所述第一碟簧反向放置，所述第二碟簧的内孔与所述第一碟簧的内孔在预紧力的作用下紧贴;所述后碟簧固定板与所述第二碟簧的外圆侧在预紧力的作用下紧贴，所述后碟簧固定板的内孔与所述前碟簧固定板的中空薄壁结构间隙配合;所述环形压力传感器在预紧力的作用下与所述后碟簧固定板紧贴，所述环形压力传感器的内孔与设置在所述传感器固定板一侧的中空薄壁结构间隙配合，所述传感器固定板在预紧力的作用下与所述环形压力传感器紧贴，所述传感器固定板的另一侧通过法兰与所述副丝杠螺母紧固连接;所述副螺母连接板为L形板，L形板的一端通过法兰与所述副丝杠螺母垂直紧固连接，所述L形板的另一端设置通过螺栓与所述工作台连接板连接;位于所述L形板上的用于与所述工作台连接板连接的螺栓孔为长圆孔。2.如权利要求1所述的双螺母滚珠丝杠副预紧力调节与测量装置，其特征在于:所述螺母套筒、锁紧螺母、预紧螺母、推力轴承、前碟簧固定板、第一碟簧、第二碟簧、后碟簧固定板、环形压力传感器和传感器固定板均套接在所述滚珠丝杠上。3.—种安装有如权利要求1或2所述的双螺母滚珠丝杠副预紧力调节与测量装置的直线进给系统，其特征在于:它包括: 一固定底板， 一紧固连接在所述固定底板上的电机支撑板， 一紧固连接在所述电机支撑板上的电机， 一通过联轴器与所述电机的输出轴紧固连接的所述滚珠丝杠， 两紧固连接在所述固定底板上且转动支撑在所述滚珠丝杠的两端的轴承座， 两间隔分布在所述滚珠丝杠的两侧且与所述滚珠丝杠平行的导轨， 两滑动连接在其中一所述导轨上的第一滑块， 两滑动连接在另一所述导轨上的第二滑块， 一与所述第一滑块和第二滑块的顶部均紧固连接的工作台，以及 一与所述工作台的底部紧固连接的螺母座； 其中，所述螺母座与所述副丝杠螺母紧固连接，所述工作台与所述工作台连接板紧固连接。
【文档编号】B23Q17/00GK105965307SQ201610286086
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月3日
【发明人】李铁民, 李福华, 姜峣, 杜云松, 贾石
【申请人】清华大学