热膨胀补偿机构及其应用的端部膨胀结构、螺旋传动结构的制作方法

1.本实用新型涉及热膨胀补偿技术领域，尤其涉及一种热膨胀补偿机构及其应用的端部膨胀结构、螺旋传动结构。


背景技术：

2.在精密的自动化设备及机床的工作过程中，由于一些结构或机构的特点，会产生热量，这些热量会造成主要零部件的整体或者局部的温度与环境温度有差异。由于温度的差异，将会导致主要零部件产生相应的热膨胀。虽然在设备运行一段时间后，膨胀量会趋于稳定，对于设备的使用不会有太多的影响，但在正式工作前，设备需要运转一段时间，使膨胀量趋于稳定后才能够进行作业。这种情况会影响设备的正常使用效率，也会增加设备磨损的情况。
3.在精密设备中，夹持机构是很重要的结构，它直接影响着生产产品的精度，然而很多自动夹持机构在工作一段时间后，随着其工作原理的因素都会产生热量或间接接收热量导致产生膨胀。如电磁吸盘，由于电磁场的因素，会让自身产生一定温度；液压夹持机构，油泵工作过程中会产生摩擦生热，导致液压油升温从而传导至夹持机构。
4.如电磁吸盘其主体材料为大理石材质时，在其整体厚度为150mm时，其自身温度比环境温度高出30℃时，其膨胀量可以达到0.0207mm，如果再加上加工过程中的加工误差、累计误差，很可能会达不到质量要求，甚至有些精密零件要求的误差要比这个数值还要小很多。
5.在精密设备中，最容易产生这样问题的机构就是螺旋传动机构，如滚珠丝杠、梯形丝杠等。在螺旋传动工作过程中的摩擦热量会导致螺杆的温度产生变化，这种温度的变化会根据丝杆的主要工作位置的变化、工作强度的变化等因素产生变化。如一个经常高速往复使用的螺旋传动机构中，其频繁往复的距离为500mm，丝杆的温度比环境温度高40℃时，其膨胀量可以达到0.25mm。


技术实现要素：

6.本实用新型为解决上述问题，提供一种热膨胀补偿机构及其应用的端部膨胀结构、螺旋传动结构。
7.为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：热膨胀补偿机构，包括主轴箱、热膨胀零部件、补偿杆、温度控制器；热膨胀零部件上安装有温度监测装置，补偿杆上安装有加热及温度监测装置，补偿杆的活动端与热膨胀零部件的固定端连接，热膨胀零部件的固定端与主轴箱连接，补偿杆与热膨胀零部件的热膨胀系数相同，温度控制器与热膨胀零部件上的温度监测装置、补偿杆上的加热及温度监测装置相连。
8.端部膨胀结构，具有热膨胀补偿机构，热膨胀零部件为夹持机构，夹持机构上安装有温度监测装置，夹持机构的固定端与主轴箱连接，主轴箱与滑块一连接，滑块一与滑轨滑动连接，滑轨安装在机架一上，机架一与补偿杆的固定端连接，补偿杆的活动端与夹持机构
的固定端连接，补偿杆上安装有加热及温度监测装置。
9.进一步的，还包括滑板一，滑板一为l型结构，滑板一的长边水平固定在主轴箱与滑块一之间，滑板一的短边竖直向下，其内侧与补偿杆的活动端连接。
10.螺旋传动结构，具有热膨胀补偿机构，热膨胀零部件为螺杆，螺杆上安装有温度监测装置，螺杆的固定端通过螺母与主轴箱连接，主轴箱与滑块一连接，滑块一与滑轨滑动连接，滑轨安装在机架二上，机架二与补偿杆的固定端连接，补偿杆的活动端通过电机安装架与螺杆的活动端连接，电机安装架上安装有行走电机，行走电机与螺杆的活动端连接，电机安装架通过滑块二与滑轨滑动连接，补偿杆上安装有加热及温度监测装置。
11.进一步的，还包括滑板二，滑板二固定在主轴箱与滑块一之间，螺母固定在滑板二上。
12.进一步的，机架二通过固定块与补偿杆的固定端连接。
13.进一步的，螺杆上间隔安装有若干个温度监测装置，补偿杆上对应于螺杆上的温度监测装置，安装有相应数量的加热及温度监测装置。
14.本实用新型大大的提升了设备在刚运行或运行不规律时的精度稳定性，使设备可以在不空运行预热的情况下即可投入使用，并且解决了不规律的热膨胀导致的精度不稳定的问题，提升了设备的使用效率。
附图说明
15.图1是端部膨胀结构主视图；
16.图2是端部膨胀结构侧视图；
17.图3是图2的a-a剖视图；
18.图4是螺旋传动结构主视图；
19.图5是螺旋传动结构侧视图；
20.图6是图5的b-b剖视图；
21.图7是热膨胀补偿逻辑图。
22.其中：1、夹持机构；2、主轴箱；3、滑板一；4、滑块一；5、滑轨；6、机架一；7、补偿杆；8、加热及温度监测装置；9、滑板二；10、固定块；11、机架二；12、螺母；13、行走电机；14、螺杆；15、滑块二；16、电机安装架。
具体实施方式
23.下面结合附图1-7对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。
24.热膨胀补偿机构，包括主轴箱2、热膨胀零部件、补偿杆7、温度控制器；热膨胀零部件上安装有温度监测装置，补偿杆7上安装有加热及温度监测装置8，补偿杆7的活动端与热膨胀零部件的固定端连接，热膨胀零部件的固定端与主轴箱2连接，补偿杆7与热膨胀零部件的热膨胀系数相同，温度控制器与热膨胀零部件上的温度监测装置、补偿杆7上的加热及温度监测装置8相连。
25.通过热膨胀零部件上的温度监测装置实时将数据输入到温度控制器中。温度控制器通过监测的温度的数据，给补偿杆7加热，再通过补偿杆7上的温度监测装置实施修正数据。由于补偿杆7的材料与热膨胀零部件的材料是一致的，所以两者的线性热膨胀系数也是
一致的，我们通过温度监测装置及加热装置让两者的温度也是一致的，从而实现两者的膨胀的数值也能够一致，进而达到补偿的目的。
26.端部膨胀结构，具有热膨胀补偿机构，热膨胀零部件为夹持机构1，夹持机构1上安装有温度监测装置，夹持机构1的固定端与主轴箱2连接，滑板一3为l型结构，滑板一3的长边水平固定在主轴箱2与滑块一4之间，滑板一3的短边竖直向下，其内侧与补偿杆7的活动端连接，滑块一4与滑轨5滑动连接，滑轨5安装在机架一6上，机架一6与补偿杆7的固定端连接，补偿杆7的活动端与夹持机构1的固定端连接，补偿杆7上安装有加热及温度监测装置8。
27.在夹持机构1出现热膨胀时，可采用图1-3中的结构。将主轴箱2与机架一6之间加装滑轨5和滑块一4，使之可以进行调节。增加带有加热及温度监测装置8的补偿杆7。夹持机构1上也要增加温度监测装置。通过图7中的补偿逻辑就可对膨胀进行补偿。
28.实际使用中，夹持机构1尺寸150mm，温差30℃时，其热膨胀为0.0207mm，通过本装置可以补偿回0.0186-0.227mm，基本可以补偿回85％的偏差。
29.螺旋传动结构，具有热膨胀补偿机构，热膨胀零部件为螺杆14，滑板二9固定在主轴箱2与滑块一4之间，螺母12固定在滑板二9上，螺母12与螺杆14的固定端连接，滑块一4与滑轨5滑动连接，滑轨5安装在机架二11上，机架二11通过固定块10与补偿杆7的固定端连接，补偿杆7的活动端通过电机安装架16与螺杆14的活动端连接，电机安装架16上安装有行走电机13，行走电机13与螺杆14的活动端连接，电机安装架16通过滑块二15与滑轨5滑动连接，螺杆14上间隔安装有若干个温度监测装置，补偿杆7上对应于螺杆14上的温度监测装置，安装有相应数量的加热及温度监测装置8。
30.在螺旋传动机构中的螺杆14出现热膨胀时可以采用图4-6中的结构进行补偿。原有结构中电机安装架16与机架二11固定的，无法进行移动，在改进过程中，需要将电机安装架16变为可移动的，具体操作方式为加装滑块一4，与滑板二9共用滑轨5；在电机安装架16上加装带有加热及温度监测装置8的补偿杆7，补偿杆7另一端跟机架二11固定，这样即可实现反向调节。
31.在螺旋传动机构的具体使用过程中，由于螺杆14与螺母12在不同时间下的使用位置、频率都不同，这也导致螺杆14产生热量的位置，持续时间等因素也会有很大的变化。所以本示例中采用的结构是温度的多点采集，补偿杆7也需要对应螺杆14的温度监测位置数量，增加加热及温度监测装置8，这使在同一位置下的螺杆14与补偿杆7的温度尽可能的一致，理论上螺杆14的温度采集位置越多，其补偿的精度也会越高。
32.实际使用中，螺杆14频繁往复的距离为500mm，螺杆14的温度比环境温度高40℃时，其膨胀量可以达到0.25mm，可以实现分段补偿的距离也可在0.212-0.275mm，并且由于传动结构的因素，其热膨胀的位置及与环境的温差，都是根据设备运行速度以及设备运行轨迹决定的，该问题无法通过空转热机进行解决，本方案可以很好的解决该问题。
33.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。