一种丝杠支撑结构及采用该支撑结构的丝杠预拉伸方法技术

本发明专利技术公开了一种丝杠支撑结构及丝杠的预拉伸方法，属于数控机床领域，丝杠的左端轴承，其轴承内外圈在内外两侧都进行了轴向压紧；丝杠的右端轴承为止推轴承，其轴承内圈的内侧与丝杠台阶之间留有间隙，轴承外圈的外侧未进行轴向压紧；丝杠右端、在右端轴承的外侧旋有右端锁紧螺母，右端锁紧螺母在轴向上向内挤压右端轴承的内圈，通过右端锁紧螺母的旋紧程度控制丝杠的预拉伸量。在安装时，先将丝杠的左端通过左端锁紧螺母限定其轴向位置，将右端锁紧螺母通过一定的旋紧力矩旋紧在丝杠的右端，旋紧力矩大于根据由于温升造成的丝杠伸长而确定的预拉伸量所对应的最小旋紧力矩，小于等于根据轴承的承载能力所计算的最大旋转力矩。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于数控机床领域，尤其涉及数控车床的进给系统中丝杠的支撑结 构，及配合该安装结构所采用的丝杠预拉伸方法。
技术介绍
目前，中高档数控车床的进给大多采用两种电气伺服进给系统， 一种是伺 服电机带动滚珠丝杠，另一种是直线电机驱动。由于直线电机造价高昂，又存 在发热量大，防护要求高等缺点，因此，使用较少。而伺服电机驱动滚珠丝杠 的是目前应用最广泛的进给方式。但这种方式也存在一些缺点，例如，进给刚 性比直线电机低，丝杠受热伸长而导致定位精度降低等等。为了补偿丝杠的受 热伸长，在一定程度上提高丝杠的刚性， 一般的做法是对丝杠进行预拉伸，即 在加工滚珠丝杠时，使其螺距略小于名义值，装配时对丝杠进行预拉伸，使其 螺距达到名义值，如此，当丝杠工作而受热时，丝杠中的拉应力补偿了热应力， 既减少了热伸长的影响，又提高了丝杠的刚度。目前，对于需要进行预拉伸的丝杆，其支撑结构比较常用的是固定-固定式， 右端轴承的轴承内外圈在内外两侧都进行了轴向压紧，并且在轴承座与轴承套 之间(图示的位置t处)增加轴向上的垫片，垫片的厚度与计算出的丝杠预拉伸 量相当，如此，就可以通过增加垫片的方式使丝杠伸长。但这种丝杠支撑结构 存在一个缺点，在丝杠受热而伸长的伸长量超过预拉伸量时，由于右端盖将轴承外圈压紧，会造成丝杠和轴承承受额外的推力，使丝杠弯曲甚至损坏。另外， 丝杠因受热而产生的伸长量会由于制造装配的状况以及使用环境和工况的不同 而不同，因此所选择的垫片厚度不可能使丝杠的预拉伸量较精准地补偿热伸长 量，于是常会使机床的精度丧失甚至损坏。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的丝杠支撑结构及与此相对应的预拉伸方法 存在的预拉伸后同样会造成丝杠弯曲甚至损坏的缺点，提供一种丝杠支撑结构 及与该支撑结构配合适应的预拉伸方法。一种丝杠支撑结构，丝杠的左端轴承，其轴承内外圈在内外两侧都进行了轴向压紧；丝杠的右端轴承为止推轴承，其轴承内圈的内侧与丝杠台阶之间留 有间隙，轴承外圈的外侧未进行轴向压紧；丝杠右端、在右端轴承的外侧旋有 右端锁紧螺母，所述的右端锁紧螺母在轴向上向内挤压右端轴承的内圈，通过 所述的右端锁紧螺母的旋紧程度控制丝杠的预拉伸量。优选的是，所述右端轴承安装在右端轴承座中，右端轴承座安装在基座中； 右端轴承的外圈，在其内侧通过右端轴承座定位，右端轴承盖与右端轴承座配 合安装，且右端轴承盖未对右端轴承的外圈在外侧进行轴向压紧。优选的是，所述右端轴承采用双止推轴承结构。一种丝杠支撑结构，丝杠的左端轴承，其轴承内外圈在内外两侧都进行了 轴向压紧；丝杠的右端轴承为止推轴承，其轴承内圈的内侧与丝杠台阶之间留 有间隙，轴承外圈的外侧未进行轴向压紧；丝杠右端、在右端轴承的外侧旋有右端锁紧螺母，所述的右端锁紧螺母在轴向上向内挤压右端轴承的内圈，通过 所述的右端锁紧螺母的旋紧程度控制丝杠的预拉伸量；采用上述丝杠支撑结构 的丝杠预拉伸方法，包括如下步骤(1) 首先计算由于丝杠运动温升所造成的丝杠伸长量LI, Ll=y XLXT; 其中，U是丝杠的热伸长系数，L是丝杠的左端轴承到右端轴承的长度，T是丝 杠的温升；(2) 计算丝杠所需要的预拉力F2:F2-L1X兀Xdr2+4Xe + L;其中，dr是丝 杠的根圆直径，e是丝杠材质的弹性模量；(3) 计算右端锁紧螺母的最小旋紧力矩T: T = nxDmxF2;其中，n是效率 系数，Dm是右端锁紧螺母的中径；(4) 根据右端轴承的承载能力F，计算其所能承受的右端锁紧螺母的最大旋 紧力矩T隨，Tmax=Fx n xDm;(5) 首先通过工装限定丝杠左端在轴向上的位置，然后将右端锁紧螺母旋紧在丝杠的右端，旋紧力矩大于等于最小旋紧力矩T，小于等于最大旋紧力矩Tmax， 进而将丝杠进行预拉伸。优选的是，丝杠左端的支撑方式为左端轴承的外圈的两侧分别通过左端轴 承座和左端轴承盖定位，左端轴承的内圈的两侧分别通过丝杠的一个台阶和左端锁紧螺母定位，在进行步骤(5)时，通过工装将左端锁紧螺母锁紧，即可限定丝杠左端在轴向上的位置。本专利技术的有益效果为丝杠的左端轴承采用双侧均进行轴向压紧的结构，限定丝杠左端的轴向位置，而在右端通过右端锁紧螺母对丝杠进行预拉伸，因此，在丝杠运动而导致温度升高时，丝杠进行预拉伸的伸长量就补偿了由于温 升造成的丝杠伸长，而当丝杠受热的伸长量超过预拉伸量时，由于右端轴承的 轴承内圈的内侧与丝杠台阶之间留有间隙，而且轴承外圈的外侧未进行轴向压 紧，可以保证丝杠、右端轴承，以及左端轴承不需要承受额外的推力，因此， 使得数控车床的进给系统的精度和寿命都得到了提高。附图说明图1为具有本专利技术所述的丝杠支撑结构的机床进给系统。 具体实施例方式如图1所示，数控车床的进给系统包括伺服电机1，伺服电机1通过连轴器2带动丝杠10转动。丝杠的左端轴承4，可以采用双止推轴承结构，其外圈的 两侧分别通过左端轴承座和左端轴承盖定位，其内圈的两侧分别通过丝杠的一 个台阶和左端锁紧螺母3定位。丝杠的右端轴承6，可以采用双止推轴承结构，其外圈的内侧通过右端轴承 座9定位。右端轴承座9外配合有右端轴承盖8，右端轴承盖8如图1所示未在 轴向上压紧右端轴承6的外圈。右端轴承6的轴承内圈的内侧与丝杠10的台阶 之间留有间隙a，丝杠右端、在右端轴承6的外侧旋有右端锁紧螺母7，右端锁 紧螺母7在轴向上向内挤压右端轴承6的内圈，在安装时，通过所述的右端锁 紧螺母7的旋紧程度控制丝杠的预拉伸量。其中，左端轴承4和右端轴承6均选择丝杠专用轴承。右端锁紧螺母7的旋紧力矩应该大于等于根据由于温升造成的丝杠伸长而 确定的预拉伸量所对应的最小旋紧力矩T，如果不满足该条件，则只能部分补偿 丝杠的热伸长量，而小于等于根据左端轴承4和右端轴承的承载能力(必须要考虑由于丝杠运动而加载于轴承上的动载荷)所计算出的最大旋转力矩Tm^最小旋紧力矩T的计算方法如下-(1) 首先计算由于丝杠运动温升所造成的丝杠伸长量L1， L1=UXLXT;其 中，"是丝杠的热伸长系数，L是丝杠的左端轴承到右端轴承的长度，T是丝杠 的温升；例如，热伸长系数U的取值为11X10—6/°C，丝杠左端轴承到右端轴承的长 度L为322mm，丝杠的温升T选取在2 3°C，计算时可以选取2X:,由于在本实 施例中采用油润滑，因此，丝杠的温升采用2 3";贝U， Ll= 11Xl(T7。CX322mmX2。C-0.007mm(2) 计算丝杠所需要的预拉力F2, F2=L1X Ji Xdr2+4Xe + L;其中，dr是丝 杠的根圆直径，e是丝杠材质的弹性模量；例如，丝杠的根圆直径dr为17.2mm，丝杠材质的弹性模量e采用钢的弹 性模量2.06X10—5 MPa。则，F2 = 0. 007咖X 3. 142 X 17. 2ram X 17. 2腿+ 4 X 2. 06 X 10_5 MPa + 322raiFl040N(3) 计算右端锁紧螺母的最小旋紧力矩T: T=nxDmxF2;其中，n是效率 系数，Dm是右端锁紧螺母的中径；例如，效率系数n取0.2，是螺母中径Dm取14. 35咖贝U， T = 0.2X14.35 mmX1040N=3牛.米(4)丝杠的承载能力F=(F1+F2)XA;其中，Fl本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种丝杠支撑结构，丝杠的左端轴承，其轴承内外圈在内外两侧都进行了轴向压紧；其特征在于：丝杠的右端轴承为止推轴承，其轴承内圈的内侧与丝杠台阶之间留有间隙，轴承外圈的外侧未进行轴向压紧；丝杠右端、在右端轴承的外侧旋有右端锁紧螺母，所述的右端锁紧螺母在轴向上向内挤压右端轴承的内圈，通过所述的右端锁紧螺母的旋紧程度控制丝杠的预拉伸量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张峰，孙晓军，赵智松，
申请(专利权)人：上海克迈特精密机床有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]