一种丝杠预拉伸结构及方法

技术领域

本发明涉及机床技术领域，具体涉及一种丝杠预拉伸结构及方法。

背景技术

滚珠丝杠是数控机床直线进给系统中的重要部件，其精度、刚度和可靠性等性能直接影响机床的加工性能。由于滚珠丝杠常工作在高转速、重载荷的条件下，在工作时由于摩擦的作用会产生大量的热，由于材料热胀冷缩的特性，丝杠自身会产生变形，导致直线进给机构出现偏差，从而降低了机床加工精度。为保证丝杠的传动精度，对丝杠进行预拉伸是较为经济和可靠的手段，但现存的丝杠预拉伸结构存在测量不便、刚性不足和丝杠拉伸量得不到保证等情况。

发明内容

本发明的目的在于：针对目前现存的丝杠预拉伸结构存在测量不便、刚性不足和丝杠拉伸量得不到保证等问题，提供了一种高刚性、易于保证预拉伸量和便于安装与维修的丝杠预拉伸结构及方法，可有效防止进给系统运行过程发热，导致丝杠热涨长，降低进给精度，可抑制丝杠在重力作用下产生的挠曲变形，结构简单，装配质量可靠，解决常见预拉伸长度不便检测和难检测的问题，同时，该方法可提高装配效率，不需要装配人员对隔套进行反复配磨。

本发明的技术方案如下：

一种丝杠预拉伸结构，包括丝杠、电机座、丝杠座和内隔套Ⅱ，还包括预设好拉伸量定位电机座和丝杠座位置后被内隔套Ⅱ替换的工装隔套，所述丝杠的固定端和拉伸端分别设置有电机座和丝杠座，电机座和丝杠座分别固定安装在数控机床基础大件上；所述内隔套Ⅱ设置在丝杠的拉伸端与丝杠座间，工装隔套与内隔套Ⅱ结构相同，工装隔套的尺寸大于内隔套Ⅱ。

进一步的，所述丝杠拉伸端还设置有外隔套Ⅱ，丝杠拉伸端通过内隔套Ⅱ和外隔套Ⅱ连接丝杠座的轴承内孔，并通过锁紧螺母Ⅱ固定外隔套Ⅱ与丝杠座轴承内孔位置。

进一步的，所述丝杠座轴承内孔内设置有角接触球轴承Ⅱ和压紧角接触球轴承Ⅱ外圈的轴承外圈压盖Ⅱ，轴承外圈压盖Ⅱ固定连接在丝杠座端面。

进一步的，所述丝杠通过滚珠与螺纹沟槽滑动连接有丝杠螺母。丝杠螺母安装与另一机床基础大件上。

进一步的，所述丝杠的固定端通过内隔套I和外隔套I连接电机座的轴承内孔，并通过锁紧螺母I固定外隔套I与电机座轴承内孔位置。

进一步的，所述电机座轴承内孔内设置有角接触球轴承I和压紧角接触球轴承I外圈的轴承外圈压盖I，轴承外圈压盖I固定连接在电机座端面。

进一步的，所述丝杠的固定端还通过联轴器连接电机，电机上设置有电机冷却板和冷却液接头。

本发明还包括一种丝杠预拉伸方法，为一种丝杠预拉伸结构的预拉伸量设置方法，包括以下步骤：

计算预拉伸量：对工装隔套进行预拉伸量加工，工装隔套尺寸大于内隔套Ⅱ尺寸的部分为预拉伸量；

安装电机座：将角接触球轴承I组装在电机座轴承内孔中，将轴承外圈压盖I通过螺栓连接在电机座端面，压紧角接触球轴承I的外圈；

安装丝杠座：将角接触球轴承Ⅱ组装在丝杠座轴承内孔中，将轴承外圈压盖Ⅱ通过螺栓连接在丝杠座端面，压紧角接触球轴承Ⅱ的外圈；

安装固定端：将内隔套I装入丝杠的固定端，再将丝杠的固定端装入电机座的轴承内孔，再将外隔套I装入丝杠的固定端，最后将锁紧螺母I按设计锁紧力矩安装于丝杠的固定端；

安装拉伸端：将工装隔套装入丝杠的拉伸端，再将丝杠的拉伸端装入丝杠座的轴承内孔，再将外隔套Ⅱ装入丝杠的拉伸端，最后将锁紧螺母Ⅱ按设计锁紧力矩安装于丝杠的拉伸端。

进一步的，还包括以下步骤：

将组装好的丝杠、电机座、丝杠座一起安装于数控机床的基础大件上，在调试好丝杠与数控机床基础大件导轨面之间的几何精度后，用定位销将电机座与丝杠座精确固定在数控机床的基础大件上；

将丝杠座上的螺钉和定位销拆卸下来，再将锁紧螺母Ⅱ与外隔套Ⅱ依次拆下，然后将丝杠座从丝杠的拉伸端拆下；

将内隔套Ⅱ替换至工装隔套的位置；

将丝杠的拉伸端再次装入丝杠座的轴承内孔，再将外隔套Ⅱ装入丝杠的拉伸端，然后将丝杠座的螺钉和定位销按之前位置重新装入紧固；

将锁紧螺母Ⅱ按设计锁紧力矩安装于丝杠的拉伸端。

进一步的，所述预拉伸量ΔL

预拉伸量：ΔL

预拉伸力：

其中，ρ为热膨胀系数，θ为丝杆轴温度上升值，L为丝杆轴长度，d

与现有的技术相比本发明的有益效果是：

1、一种丝杠预拉伸结构及方法，首先在进给系统安装工装隔套20时，对电机座3和丝杠座12进行配铰销孔定位，然后在将内隔套Ⅱ13替换安装到进给系统中，使用拧紧锁紧螺母17实现对丝杠的预拉伸；安装与预拉伸流程简单易实现；

2、一种丝杠预拉伸结构及方法，内隔套Ⅱ13不需要反复配磨，通过计算预拉伸量ΔL

3、一种丝杠预拉伸结构及方法，内外隔套在保证尺寸精度和加工一致性后，可实现任意替换使用，减少了丝杠进给系统的零件数量，简化了繁琐的加工工艺流程；同时也方便了丝杠进给系统后续的安装与维修。

4、一种丝杠预拉伸结构及方法，采用三联轴承面对面装配方式，由于预拉伸力较大因此在内侧布置两列轴承，使用轴承外圈压盖Ⅱ15对角接触球轴承Ⅱ14进行预紧，使用锁紧螺母Ⅱ17对丝杠10进行预拉伸，丝杠10预拉伸时不需要考虑轴承组的间隙，保证了预拉伸量的精确控制与预拉伸结构的稳定可靠。

附图说明

图1为一种丝杠预拉伸结构及方法的丝杠固定端结构剖面示意图。

图2为一种丝杠预拉伸结构及方法的丝杠拉伸端结构剖面示意图。

图3为一种丝杠预拉伸结构及方法的丝杠拉伸端结构示意图。

图4为一种丝杠预拉伸结构及方法的丝杠固定端结构示意图。

图5为一种丝杠预拉伸结构及方法的内隔套Ⅱ与工装隔套的结构对比图。

附图标记：1-电机冷却板，2-冷却液接头，3-电机座，4-联轴器，5-内隔套I，6-角接触球轴承I，7-轴承外圈压盖I，8-外隔套I，9-锁紧螺母I，10-丝杠，11-丝杠螺母，12-丝杠座，13-内隔套Ⅱ，14-角接触轴承Ⅱ，15-轴承外圈压盖Ⅱ，16-外隔套Ⅱ，17-锁紧锁母Ⅱ，18-定位销，20-工装隔套。

具体实施方式

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

请参阅图1-5，一种丝杠预拉伸结构，包括丝杠10、电机座3、丝杠座12和内隔套Ⅱ13，还包括预设好拉伸量定位电机座3和丝杠座12位置后被内隔套Ⅱ13替换的工装隔套20，所述丝杠10的固定端和拉伸端分别设置有电机座3和丝杠座12，电机座3和丝杠座12分别固定安装在数控机床基础大件上；所述内隔套Ⅱ13设置在丝杠10的拉伸端与丝杠座12间，工装隔套20与内隔套Ⅱ13结构相同，工装隔套20的尺寸大于内隔套Ⅱ13。丝杠10的固定端能够相对于电机座3沿其轴线转动，丝杠10的拉伸端能够相对于丝杠座12沿其轴线转动。拉伸端先将预设好拉伸量的工装隔套20装入，完成电机座3与丝杠座12的定位安装后，再将内隔套Ⅱ13替换至工装隔套20的位置，实现精确拉伸量的控制。

所述丝杠10拉伸端还设置有外隔套Ⅱ16，丝杠10拉伸端通过内隔套Ⅱ13和外隔套Ⅱ16连接丝杠座12的轴承内孔，并通过锁紧螺母Ⅱ17固定外隔套Ⅱ16与丝杠座12轴承内孔位置。

所述丝杠座12轴承内孔内设置有角接触球轴承Ⅱ14和压紧角接触球轴承Ⅱ14外圈的轴承外圈压盖Ⅱ15，轴承外圈压盖Ⅱ15固定连接在丝杠座12端面。

所述丝杠10通过滚珠与螺纹沟槽滑动连接有丝杠螺母11，丝杠螺母11安装于另一机床基础大件上；所述电机座3和丝杠座12通过定位销18连接数控机床。

所述丝杠10的固定端通过内隔套I5和外隔套I8连接电机座3的轴承内孔，并通过锁紧螺母I9固定外隔套I8与电机座3轴承内孔位置。

所述电机座3轴承内孔内设置有角接触球轴承I6和压紧角接触球轴承I6外圈的轴承外圈压盖I7，轴承外圈压盖I7固定连接在电机座3端面。

所述丝杠10的固定端还通过联轴器4连接电机，电机上设置有电机冷却板1和冷却液接头2。

内隔套I5与内隔套Ⅱ13在加工时成批加工，保证隔套的长度尺寸精度较高，且一致性较好，实现同一批加工的内隔套可任意替换使用；

外隔套I8与外隔套Ⅱ16在加工时成批加工，保证隔套的长度尺寸精度较高，且一致性较好，实现同一批加工的外隔套可任意替换使用；

应用工装隔套20后，丝杠进给系统不需要对拉伸端的内隔套Ⅱ13进行配磨调整，只需要把内外隔套的尺寸精度和一致性做好，即可实现内隔套、外隔套之间同规格尺寸的任意替换使用，也能保证较高的预拉伸精度。

应用工装隔套，在隔套可替换使用后，减少了丝杠进给系统的零件数量，简化了繁琐的加工工艺流程；同时在丝杠进给系统的隔套出现损坏时，能够快速替换使用；

应用工装隔套，提前将工装隔套加工至保证所需预拉伸量的精确尺寸，减少了传统方案使用调整隔套时的反复拆装与反复配磨流程；大大减少了安装调试的周期，提升产品安装调试的效率。

本发明还包括一种丝杠预拉伸方法，为一种丝杠预拉伸结构的预拉伸量设置方法，包括以下步骤：

计算预拉伸量：对工装隔套20进行预拉伸量加工，工装隔套20尺寸大于内隔套Ⅱ13尺寸的部分为预拉伸量；

安装电机座：将角接触球轴承I6组装在电机座3轴承内孔中，将轴承外圈压盖I7通过螺栓连接在电机座3端面，压紧角接触球轴承I6的外圈；通过设计计算的轴承预紧力大小，转换为相应的螺栓拧紧力矩后对角接触球轴承I6进行预紧。

安装丝杠座：将角接触球轴承Ⅱ14组装在丝杠座12轴承内孔中，将轴承外圈压盖Ⅱ15通过螺栓连接在丝杠座12端面，压紧角接触球轴承Ⅱ14的外圈；通过设计计算的轴承预紧力大小，转换为相应的螺栓拧紧力矩后对角接触球轴承Ⅱ14进行预紧。

安装固定端：将内隔套I5装入丝杠10的固定端，再将丝杠10的固定端装入电机座3的轴承内孔，再将外隔套I8装入丝杠10的固定端，最后将锁紧螺母I9按设计锁紧力矩安装于丝杠10的固定端；

安装拉伸端：将工装隔套20装入丝杠10的拉伸端，再将丝杠10的拉伸端装入丝杠座12的轴承内孔，再将外隔套Ⅱ16装入丝杠10的拉伸端，最后将锁紧螺母Ⅱ17按设计锁紧力矩安装于丝杠10的拉伸端。

还包括以下步骤：

将组装好的丝杠10、电机座3、丝杠座12一起安装于数控机床的基础大件上，在调试好丝杠10与数控机床基础大件导轨面之间的几何精度后，用定位销18将电机座3与丝杠座12精确固定在数控机床的基础大件上；

将丝杠座12上的螺钉和定位销18拆卸下来，再将锁紧螺母Ⅱ17与外隔套Ⅱ16依次拆下，然后将丝杠座12从丝杠10的拉伸端拆下；

将内隔套Ⅱ13替换至工装隔套20的位置；

将丝杠10的拉伸端再次装入丝杠座12的轴承内孔，再将外隔套Ⅱ16装入丝杠10的拉伸端，然后将丝杠座12的螺钉和定位销18按之前位置重新装入紧固；

将锁紧螺母Ⅱ17按设计锁紧力矩安装于丝杠10的拉伸端。实现丝杠的预拉伸。

所述预拉伸量ΔL

预拉伸量：ΔL

预拉伸力：

其中，ρ为热膨胀系数，θ为丝杆轴温度上升值，L为丝杆轴长度，d

该预拉伸方法可保证实际预拉伸的量与设计值保持一致，有效防止丝杠热变形对机床加工精度的影响；

该预拉伸方法只需在安装进给系统后，拆卸丝杠座12一次便可完成丝杠预拉伸，大大缩短装配周期，提升生产效率，降低成本；

内隔套不需要反复配磨，可实现批量生产，节约成本与生产周期。

内外隔圈可替换使用，极大的增加了丝杠进给系统安装与维修的便捷性。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。