一种高速滚珠丝杠副双螺母预紧力控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高速滚珠丝杠副双螺母预紧力控制装置及方法，包括设在丝杠上的一对螺母，一对螺母外周分布有与温度控制系统相连的扇形空腔；一对螺母预紧端之间工型件上设有调节一对螺母预紧端预紧力的微调螺杆；工型件连接到工作台，在一对螺母预紧端与工型件之间设有连接到采集处理模块与计算机的压力传感器，通过计算机控制温度控制系统，调节扇形空腔液体流速改变丝杠螺母温度，实现对丝杠双螺母预紧力的控制。通过该装置能够对不均匀预紧力实时检测及调整。本发明专利技术利用上述装置进行预紧力变化状态监测系统，通过计算机辨识不同预紧力状态下丝杠螺母的振动信号，实现预紧力变化状态监测。本发明专利技术结构简单、可行性强，具有一定的智能化程度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高速、高精度金属切削数控机床进给系统运动精度研究
，具体涉及一种高速滚珠丝杠副双螺母预紧力控制装置及方法。
技术介绍
高速数控机床进给系统运动精度研究是实现金属切削机床高速、高效切削及提高工件表面加工质量的基础，滚珠丝杠副双螺母作为将高速数控机床进给系统丝杠的旋转运动转化为工作台直线运动的关键部件，其预紧力对于提高进给系统刚度和运动精度具有重要的意义。在进给系统高速运动过程中，丝杠螺母摩擦产生大量热使丝杠螺母产生变形，并且这种热变形是不均匀的，从而造成丝杠双螺母之间的预紧力不均匀变化，严重影响进给系统刚度和运动精度。现有技术中丝杠螺母副双螺母预紧检测、调整是通过双螺母之间分布的力传感器感知预紧力的变化，利用微调装置实现预紧力手动调整或者利用超磁致伸缩制动器实现预紧力自动调整。清华大学公开的专利号为：CN201410165778.8，是采用均匀分布在丝杠螺母之间的三个旋紧螺母压缩弹簧实现预紧，并通过拉压传感器进行实时测量；山东大学公开的专利号为：CN201510049917.5，是采用超磁致伸缩棒的伸缩增大或减小双螺母之间的预紧力，并通过超磁致伸缩致动器一端的力传感器控制伸缩量。上述专利主要侧重于预紧力调节装置的原理设计，没有考虑丝杠螺母预紧装置与工作台的实际安装方式。机床进给系统在高速运动过程中无法采用手动方式实现丝杠螺母预紧力调整，预紧力自动调整方式具有可行性，但是采用超磁致伸制动器方式实现预紧力自动调整受环境因素影响较大，安装不方便，成本高。
技术实现思路
为克服以上现有技术的不足，本专利技术从导致预紧力变化根源入手，通过设计在双螺母上的扇形空腔结构内液体的流动，实时对丝杠螺母表面温度进行控制间接实现预紧力控制，确保高速进给系统运动精度和稳定性。本专利技术的目的之一在于提供一种高速滚珠丝杠副双螺母预紧力控制装置，该控制装置可以实现不均匀预紧力实时检测及调整，结构简单、可行性强。本专利技术的目的之二是利用该预紧力控制装置通过对丝杠螺母温度的控制实现预紧力变化控制，并提供了一种进行不均匀预紧力实时检测及调整方法。本专利技术的目的之三在于提供一种利用双螺母预紧力控制装置进行预紧力变化状态监测的系统。本专利技术的目的之四是利用该系统进行预紧力变化状态监测的方法，检测预紧力变化的同时结合机床进给系统内置传感器测量信号，通过辨识不同预紧力状态下丝杠螺母振动信号，实现丝杠螺母预紧力变化状态监测。本专利技术所采用的第一种技术方案是，一种高速滚珠丝杠副双螺母预紧力控制装置，包括一丝杠，以及分别设在丝杠上的一对螺母，一对螺母外周分布有与温度控制系统相连的扇形空腔；一对螺母内端分别设有螺母预紧端，一对螺母预紧端之间设有工型件，工型件上设有调节一对螺母预紧端预紧力的微调螺杆；在一对螺母预紧端与工型件之间设有压力传感器，压力传感器与采集处理模块相连，采集处理模块和温度控制系统连接至计算机，通过调节扇形空腔的温度和调节微调螺杆对螺母预紧端的预紧力，实现对丝杠双螺母预紧力的控制。进一步，所述工型件包括一中空的圆柱体，在中空的圆柱体上下端设有上下边缘，沿上下边缘轴向两端分别设有螺母预紧端的安装槽，以及微调螺杆的调节孔，微调螺杆贯穿螺母预紧端与调节孔相接；沿上下边缘径向设有连接螺栓安装孔，通过连接螺栓将工型件固定在工作台上。进一步，所述工型件中空的圆柱体上设有固定压力传感器的定位凹槽。进一步，所述扇形空腔为三个呈100°分布的扇形体，相邻空腔间隔20°，扇形空腔中灌注有液体，扇形空腔分别与温度控制系统相连通。进一步，每个扇形空腔中心对应到相应的压力传感器中心。进一步，由丝杠、一对螺母、扇形空腔、工型件、微调螺杆和压力传感器与采集处理模块构成的预紧力检测单元与温度控制系统通过计算机实现闭环连接。本专利技术所采用的第二种技术方案是，一种利用双螺母预紧力控制装置进行不均匀预紧力实时检测及调整方法，包括下述步骤：步骤1，通过微调螺杆调节双螺母的初始预紧力；通过压力传感器和采集处理模块将采集到的双螺母预紧端各方位预紧力大小信息实时反馈给计算机进行双螺母预紧端预紧力的控制，直到各方位初始预紧力相同；步骤2，丝杠螺母运动过程中，通过各方位压力传感器获取分布在螺母预紧端与工型件之间的预紧力变化信息，通过采集处理模块将预紧力变化信息传递给计算机，间隔时间Δt，计算t时刻各方位预紧力Ft与初始预紧力F0的差值ΔF1＝Ft-F0；步骤3，设定初始预紧力波动范围为ΔF，如果|ΔF1|＞ΔF，计算机控制温度控制系统在Δt时间内使温度为T的液体以流速v1流入扇形空腔，计算机获取t+Δt时刻数据处理模块传递的各方位预紧力值，计算t+Δt时刻温度控制的各方位预紧力Ft+Δt与初始预紧力F0的差值ΔF2＝Ft+Δt-F0；步骤4，如果|ΔF2|＞ΔF，计算机控制温度控制系统在Δt时间内使温度为T的液体以流速v2流入扇形空腔，v2＞v1，计算机获取t+2Δt时刻数据处理模块传递的各方位预紧力值，计算t+2Δt时刻温度控制的各方位预紧力Ft+2Δt与初始预紧力F0的差值ΔF3＝Ft+2Δt-F0；步骤5，如果|ΔF(i)|＞ΔF，3≤i<n，计算机控制温度控制系统在Δt时间内使温度为T的液体分别以流速v3、v4……vn-1流入扇形空腔，vn-1......＞v4＞v3＞v2，计算机分别获取t+iΔt时刻数据处理模块传递的各方位预紧力值，计算t+iΔt时刻温
度控制的各方位预紧力Ft+iΔt与初始预紧力F0的差值ΔF(i+1)＝Ft+iΔt-F0，i＝3、4……n-1；步骤6，如果|ΔF(i+1)|＞ΔF，重复步骤5，如果|ΔF(i+1)|≤ΔF，计算机控制温度控制系统在时间Δt内使温度为T的液体以流速vi流入扇形空腔，计算机获取t+(i+1)Δt时刻数据处理模块传递的各方位预紧力值，计算t+(i+1)Δt时刻各方位预紧力与初始预紧力F0的差值ΔF(i+2)＝Ft+(i+1)Δt-F0，i＝3、4……n-1；步骤7，重复步骤6，调整各方位预紧力保持一定初始预紧力波动范围ΔF内。进一步，所述步骤1中，通过微调螺杆调节双螺母初始预紧力，按照以下具体步骤实施：步骤1.1，将各压力传感器分为2组，呈120°均匀分布在一对螺母预紧端之间的工型件定位凹槽中，确保每个压力传感器中心与螺母表面扇形空腔中心在一条轴线上，两组压力传感器依次对应分布在工型件两侧；步骤1.2，根据设定预紧力要求，手动调整微调螺杆，压力传感器的数据经采集处理模块传递给计算机，计算机实时显示各方位压力传感器数值；步骤1.3，判断各方位初始预紧力是否达到标准，如未达标，继续微调微调螺杆，直至计算机检测显示达到预紧力标准。本专利技术所采用的第三种技术方案是，一种利用双螺母预紧力控制装置进行预紧力变化状态监测的系统，包括设在工作台上的双螺母预紧力控制装置，工作台通过导轨滑块安装在导轨上，丝杠贯穿于双螺母预紧力控制装置中，丝杠一端连接电机，电机上设有与数控系统相连的编码器，数控系统上连接有光栅尺读头，光栅尺读头与工作台上的光栅尺相连数控系统的外接数据采集卡与计算机相连，计算机通过辨识不同预紧力状态下丝杠螺母的振动信号，实现丝杠螺母预紧力变化状态监测。本专利技术所采用的第四种技术方案是，一种利用双螺母预紧力控制装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速滚珠丝杠副双螺母预紧力控制装置，其特征在于，包括一丝杠(1)，以及分别设在丝杠(1)上的一对螺母(9)，一对螺母(9)外周分布有与温度控制系统(12)相连的扇形空腔(2)；一对螺母内端分别设有螺母预紧端(8)，一对螺母预紧端(8)之间设有工型件(4)，工型件(4)上设有调节一对螺母预紧端(8)预紧力的微调螺杆(3)；在一对螺母预紧端(8)与工型件(4)之间设有压力传感器(7)，压力传感器(7)与采集处理模块(5)相连，采集处理模块(5)和温度控制系统(12)连接至计算机(10)，通过调节扇形空腔(2)的温度和调节微调螺杆(3)对螺母预紧端(8)的预紧力，实现对丝杠双螺母预紧力的控制。

【技术特征摘要】
1.一种高速滚珠丝杠副双螺母预紧力控制装置，其特征在于，包括一丝杠(1)，以及分别设在丝杠(1)上的一对螺母(9)，一对螺母(9)外周分布有与温度控制系统(12)相连的扇形空腔(2)；一对螺母内端分别设有螺母预紧端(8)，一对螺母预紧端(8)之间设有工型件(4)，工型件(4)上设有调节一对螺母预紧端(8)预紧力的微调螺杆(3)；在一对螺母预紧端(8)与工型件(4)之间设有压力传感器(7)，压力传感器(7)与采集处理模块(5)相连，采集处理模块(5)和温度控制系统(12)连接至计算机(10)，通过调节扇形空腔(2)的温度和调节微调螺杆(3)对螺母预紧端(8)的预紧力，实现对丝杠双螺母预紧力的控制。2.根据权利要求1所述的一种高速滚珠丝杠副双螺母预紧力控制装置，其特征在于，所述工型件(4)包括一中空的圆柱体，在中空的圆柱体上下端设有上下边缘，沿上下边缘轴向两端分别设有螺母预紧端(8)的安装槽，以及微调螺杆(3)的调节孔，微调螺杆(3)贯穿螺母预紧端(8)与调节孔相接；沿上下边缘径向设有连接螺栓(6)安装孔，通过连接螺栓(6)将工型件(4)固定在工作台上。3.根据权利要求1所述的一种高速滚珠丝杠副双螺母预紧力控制装置，其特征在于，所述工型件(4)中空的圆柱体上设有固定压力传感器(7)的定位凹槽。4.根据权利要求1所述的一种高速滚珠丝杠副双螺母预紧力控制装置，其特征在于，所述扇形空腔(2)为三个呈100°分布的扇形体，相邻空腔间隔20°，扇形空腔中灌注有液体，扇形空腔分别与温度控制系统(12)相连通。5.根据权利要求4所述的一种高速滚珠丝杠副双螺母预紧力控制装置，其特征在于，每个扇形空腔(2)中心对应到相应的压力传感器(7)中心。6.根据权利要求4所述的一种高速滚珠丝杠副双螺母预紧力控制装置，其特征在于，由丝杠(1)、一对螺母(9)、扇形空腔(2)、工型件(4)、微调螺杆(3)和压力传感器(7)与采集处理模块(5)构成的预紧力检测单元与温度控制系统(12)通过计算机(10)实现闭环连接。7.一种利用双螺母预紧力控制装置进行不均匀预紧力实时检测及调整方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤1，通过微调螺杆(3)调节双螺母的初始预紧力；通过压力传感器(7)和采集处理模块(5)将采集到的双螺母预紧端(8)各方位预紧力大小信息实时反馈给计算机(10)进行双螺母预紧端(8)预紧力的控制，直到各方位初始预紧力相同；步骤2，丝杠螺母运动过程中，通过各方位压力传感器(7)获取分布在螺母预紧端(8)与工型件(4)之间的预紧力变化信息，通过采集处理模块(5)将预紧力变化信息传递给计算机(10)，间隔时间Δt，计算t时刻各方位预紧力Ft与初始预紧力F0的差值ΔF1＝Ft-F0；步骤3，设定初始预紧力波动范围为ΔF，如果|ΔF1|＞ΔF，计算机(10)控制温度控制系统(12)在Δt时间内使温度为T的液体以流速v1流入扇形空腔(2)，计算机获取t+Δt时刻数据处理模块传递的各方位预紧力值，计算t+Δt时刻温度控制的各方位预紧力Ft+Δt与初始预紧力F0的差值ΔF2＝Ft+Δt-F0；步骤4，如果|ΔF2|＞ΔF，计算机(10)控制温度控制系统(12)在Δt时间内使温度为T的液体以流速v2流入扇形空腔(2)，v2＞v1，计算机获取t+2Δt时刻数据处理模块传递的各方位预紧力值，计算t+2Δt时刻温度控制的各方位预紧力Ft...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅雪松，惠阳，耿涛，郭世杰，胡珂，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61