絲槓熱變形自動補償機構及工具機的製作方法

2023-05-26 19:21:46

專利名稱：絲槓熱變形自動補償機構及工具機的製作方法
技術領域：
本發明涉及機械加工領域,更具體地，涉及一種絲槓熱變形自動補償機構及工具機。
背景技術：
熱致誤差是數控工具機的最大誤差源，佔工具機總誤差的40%_70%，因此減少熱誤差是減少工具機誤差的最為行之有效的方式。目前，降低工具機熱變形一般有三種方式一是改進工具機機構，二是溫度控制，三是溫度補償。改進工具機結構是指在設計工具機時，依據熱膨脹係數合理的選擇部件材料，控制熱變形和熱誤差的方向，從而有效地防止重要部件的熱變形對工具機精度產生影響。溫度控制是指通過在工具機關鍵部件上布置加熱元件或冷卻機構實現工具機整體溫度場的均衡。這兩種方式是在熱源頭上對工具機的溫度實施控制，方式一因工具機零部件材料的可選範圍是有限的，使得工具機成本相對難控制；方式二需要增加較多的元件以實現功能，受工具機本身結構限制較多，而且效果不是很理想，因此這兩種方式的應用局限性 比較大。溫度補償是一種熱誤差補償技術，作為一種反饋技術，它通過各種手段對數控加工時已產生的誤差進行測量，然後根據已經建立的誤差補償模型進行誤差補償計算，消除熱變形影響，目前該方法是消除工具機熱變形、提高加工精度的主要手段，但該方法需要數控系統的參與，由於針對不同類型的工具機需要做不同的誤差補償模型，所以此種方法的通用性較差。因此，亟需要提供一種結構簡單、通用性強，同時能有效降低工具機熱誤差的機構。

發明內容
本發明旨在提出一種結構簡單、通用性強，同時能有效降低工具機熱誤差的絲槓熱變形自動補償機構。本發明還提出了一種工具機。根據本發明的一個方面，提供了一種絲槓熱變形自動補償機構，包括固定安裝座，安裝於固定支點上，固定安裝座與絲槓之間形成有環形腔；軸承，安裝在環形腔內，並套設在絲槓上；第一軸向限位件，安裝在絲槓上並靠近軸承的第一端設置；第一軸向限位件與軸承的內圈抵壓接觸；套圈，套設在環形腔內並靠近軸承的第二端設置；套圈與軸承的外圈固定連接；固定安裝座內設有壓力腔，壓力腔通過油路與壓力油源連接；固定安裝座上還設有孔，孔的第一端與壓力腔連通，第二端對應於套圈的外周壁；彈性夾緊件，位於壓力腔內並蓋設在孔的孔肩上，使壓力腔與孔隔離。進一步地，固定安裝座包括軸承座，固定在機架上；法蘭蓋，包括相連接的端蓋部和套筒部；端蓋部與軸承座的第一端通過螺釘連接；套筒部套設在軸承座內，且套筒部的內孔與絲槓之間形成環形腔；套筒部上沿周向開設有環形槽，環形槽與軸承座的內孔壁配合形成壓力腔；孔為多個，沿周向均勻布置在套筒部上；在軸承座上開設有用於使壓力腔與壓力油源連通的進回油通道。進一步地，彈性夾緊件套設在環形槽內，且在彈性夾緊件與軸承座之間設置有密封結構。進一步地，絲槓上形成有臺階部，第一軸向限位件為夾設在臺階部與軸承之間的擋圈，擋圈上還設有第一遮擋翻邊。進一步地，法蘭蓋的端蓋部上還設有第二遮擋翻邊。進一步地，軸承座的第二端設有用於對法蘭蓋的套筒部限位的止擋翻邊。進一步地，絲槓上還安裝有第二軸向限位件，第二軸向限位件靠近軸承的第二端設置並與軸承的內圈抵壓接觸。進一步地，第二軸向限位件包括內隔套，與軸承的內圈相鄰；螺母，位於內隔套的外端並與絲槓螺接。進一步地，在軸承座上對應進回油通道的位置安裝有管接頭。另一個方面，本發明還提供了一種工具機，設置上述的絲槓熱變形自動補償機構。本發明提供的絲槓熱變形自動補償機構的技術方案，軸承套設在絲槓上；第一軸向限位件安裝在絲槓上，該第一軸向限位件靠近軸承第一端設置並與軸承的內圈抵壓接觸；套圈套設在安裝軸承的環形腔內，該套圈靠近軸承第二端設置並與軸承的外圈固定連接。容易理解，當固定安裝座的壓力腔尚未注入壓力油時，軸承在固定安裝座內可沿絲槓軸向移動，即固定安裝座對軸承的支撐為浮動支撐。當安裝有該絲槓熱變形自動補償機構的工具機啟動時，工具機的動力系統驅動絲槓及其移動單元進行進給跑和運動，待一段時間後，絲槓達到熱平衡狀態，此時，控制壓力油源通過油路向壓力腔注入壓力油，彈性夾緊件受壓後膨脹變形，彈性夾緊件對應孔的部分變形後與套圈抵壓接觸，彈性夾緊件得以夾緊套圈，因套圈和軸承的外圈固定連接，所以使得軸承在固定安裝座內的位置固定，從而實現了固定安裝座對軸承的固定支撐，提高了絲槓的支撐剛性。然後工具機開始加工，因此時絲槓已經進行過跑和運動並處於熱變形後的平衡狀態，工具機在繼續運行的過程中不會再出現因較大的熱致誤差而導致加工精度差的問題，即有效降低了工具機熱誤差，且該絲槓熱變形自動補償機構結構簡單，不需要數控系統的參與，易於實現。另外，該絲槓熱變形自動補償機構可應用於各種工具機的傳動機構，通用性強，並可有效提聞工具機傳動系統的傳動精度和使用壽命。當工具機加工完成後處於待機或停機狀態時，可以卸掉壓力油，使軸承重新處於浮動支撐狀態，以便於下次加工。


構成本發明的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中圖I示意性示出了本發明的絲槓熱變形自動補償機構的優選實施例的剖視結構；圖2示意性示出了本發明優選實施例中法蘭蓋的立體結構；以及，圖3示意性示出了本發明優選實施例中彈性夾緊件的立體結構。
具體實施例方式需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。 參見圖I至圖3，示出了本發明提供的絲槓熱變形自動補償機構優選實施例的結構。如圖所示，該絲槓熱變形自動補償機構至少包括固定安裝座I、軸承2、第一軸向限位件3、套圈4和彈性夾緊件5。由圖中可以看出，絲槓9上設置有絲槓螺母92，絲槓9的至少一端由該絲槓熱變形自動補償機構支撐。具體地，固定安裝座I安裝於固定支點上，例如固定安裝座I通過螺栓63和螺釘固定安裝至工具機的機架(圖中未示出)上。固定安裝座I與絲槓9之間形成有環形腔(圖中未標號)。軸承2安裝在環形腔內並套設在絲槓9上，即軸承2安裝在固定安裝座I和絲槓9之間。第一軸向限位件3安裝在絲槓9上，該第一軸向限位件3靠近軸承2的第一端設置並與軸承2的內圈抵壓接觸，用於對軸承2的第一端進行軸向限位。套圈4套設在環形腔內並靠近軸承2的第二端設置，且套圈4與軸承2的外圈固定連接，例如軸承2的外圈通過螺釘62與套圈4連接。套圈4用於對軸承2的第二端進行軸向限位。由圖中可以看出，套圈4的內孔半徑大於軸承2的內圈外徑，套圈4的內孔與絲槓9之間形成有環形間隙。固定安裝座I內設有壓力腔13，壓力腔13通過油路與壓力油源(圖中未示出)連接。固定安裝座I上還設有孔14，孔14的第一端與壓力腔13連通，第二端對應於套圈4的外周壁。彈性夾緊件5位於壓力腔13內並蓋設在孔14的孔肩上，彈性夾緊件5用於使壓力腔13與孔14隔離。 採用本發明的技術方案，容易理解，當固定安裝座I的壓力腔13尚未注入壓力油時，軸承2在固定安裝座I內可沿絲槓9軸向移動，即固定安裝座I對軸承2的支撐為浮動支撐。當安裝有該絲槓熱變形自動補償機構的工具機啟動時，工具機的動力系統驅動絲槓9及其移動單元進行進給跑和運動，待一段時間後，絲槓9達到熱平衡狀態，此時，控制壓力油源通過油路向壓力腔13注入壓力油，彈性夾緊件5受壓後膨脹變形，彈性夾緊件5對應 孔14的部分變形後與套圈4抵壓接觸，彈性夾緊件5得以夾緊套圈4，又因套圈4和軸承2的外圈固定連接，所述軸承2在第一軸向限位件3和套圈4的作用下在固定安裝座I內的位置固定，從而實現了固定安裝座I對軸承2的固定支撐，提高了絲槓9的支撐剛性。然後工具機開始加工，因此時絲槓9已經進行過進給跑和運動並處於熱變形後的平衡狀態，工具機在繼續運行的過程中不會再出現因較大的熱致誤差而導致加工精度差的問題，且該絲槓熱變形自動補償機構結構簡單，不需要數控系統的參與，易於實現。另外，該絲槓熱變形自動補償機構可應用於各種工具機的傳動機構，通用性強，並可有效提高工具機傳動系統的傳動精度和使用壽命。優選地，彈性夾緊件5和套圈4採用摩擦係數大的材料加工而成，在壓力油的作用下，可以達到需要的夾緊力。當工具機加工完成後處於待機或停機狀態時，可以卸掉壓力油，使軸承2重新處於浮動支撐狀態，以便於下次加工。容易理解，注入壓力腔13內的壓力油的壓力和流量根據所需夾緊力而定，一般為10Mpa_30Mpa。再來參見圖I至圖3，本實施例中示出了固定安裝座I和彈性夾緊件5的優選實施方式。如圖所示，固定安裝座I進一步地包括軸承座11和法蘭蓋12。軸承座11通過螺栓63和螺釘固定在工具機的機架上。法蘭蓋12包括相連接的端蓋部121和套筒部122。其中，端蓋部121與軸承座11的第一端通過螺釘61連接，套筒部122套設在軸承座11內，且套筒部11的內孔與絲槓9之間形成用於安裝軸承2以及套設套圈4的環形腔。套筒部122上沿周向開設有環形槽123，環形槽123與軸承座11的內孔壁配合形成壓力腔13。孔14為多個，沿周向均勻布置在套筒部122上。由圖2中可以看出，孔14可以為方形孔，設置在環形槽123的槽底上並沿周向均勻分布多個。在軸承座11上開設有用於使壓力腔13與壓力油源連通的進回油通道111，優選地，在軸承座11上對應進回油通道111的位置安裝有管接頭8，外部管路通過管接頭8將壓力腔13與壓力油源連通。彈性夾緊件5套設在環形槽123內，且在彈性夾緊件5與軸承座11之間設置有密封結構。這樣，使得壓力腔13與孔14之間為密封隔離，避免壓力油由壓力腔13中洩露。優選地，見圖3，彈性夾緊件5為彈性夾緊環，套設在環形槽123內，彈性夾緊件5的軸向兩端上均形成有凸環51，各凸環51上均設有用於嵌設0型圈的密封槽52。優選地，彈性夾緊件5可以採用銅合金加工而成，彈性好且摩擦係數較大。優選地，軸承座11的第二端設有用於對法蘭蓋12的套筒部122限位的止擋翻邊112，使法蘭蓋12與軸承座11的固定連接更為可靠。優選地，絲槓9上形成有臺階部91，第一軸向限位件3為夾設在臺階部91與軸承2之間的擋圈。在擋圈上還設有第一遮擋翻邊31，該第一遮擋翻邊31可以設置在擋圈靠近臺階部91的一端，用於防止雜物進入軸承2內後影響軸承2的使用性能。優選地，在法蘭蓋12的端蓋部121上還設有第二遮擋翻邊124，該第二遮擋翻邊124和第一遮擋翻邊31相配合，以更好地止擋雜物進入軸承2內。當然，在一種未示出的實施方式中，該第一軸向限位件3還可以由絲槓9的臺階部91直接形成。優選地，在絲槓9上還安裝有第二軸向限位件7，第二軸向限位件7靠近軸承2的第二端設置並與軸承4的內圈抵壓接觸，使軸承2內圈在絲槓9上的位置固定。在圖I中還示出了第二軸向限位件7的優選實施方式，該第二軸向限位件7包括內隔套71和螺母72。內隔套71與軸承4的內圈相鄰，螺母72位於內隔套71的外端並與絲槓9螺接，螺母72可以採用鎖緊螺母72，降低了螺母72鬆動的可能性。上述的絲槓熱變形自動補償機構的優選實施例的裝配過程如下所述I)首先將軸承座11通過螺栓63和螺釘固定在工具機的機架或床身上，然後將嵌設有0型圈的彈性夾緊件5安裝在法蘭蓋12上，然後將法蘭蓋12裝入軸承座11中，並用螺釘61將法蘭蓋12和軸承座11 二者固定；2)將第一軸向限位件3、軸承2、內隔套71、螺母72依次套設在絲槓9的一端，用螺釘62將套圈4和軸承2的外圈固定連接在一起；3)將步驟2所得的組件整體裝入法蘭蓋12中，將管接頭8擰入軸承座11中。裝配完成。需要說明的是，在本發明的實施例中，軸承2由兩個並排設置的軸承21和軸承22組合而成，在其他未示出的實施例中，軸承2也可以只採用一個軸承。另外，上述優選實施例中例舉出了固定安裝座I的具體實施方式
，容易理解，在實際應用中，固定安裝座I還可以具有多種實施方式。例如，壓力腔13為多個互相隔離的腔體，在周向上均勻分布，各腔體的橫截面呈扇形，此時彈性夾緊件5的結構也會發生改變以適應壓力腔13的形狀，各獨立的壓力腔13也應分別通過各自的進出油通道與壓力油源連通。或者，環形槽123開設在軸承座11上，孔14開設在法蘭蓋12的套筒部122上，彈性夾緊件5的結構不變，同樣能達到上述的技術效果。本發明的絲槓熱變形自動補償機構具有如下優點通用性好，結構簡單，易於實現，不需要增加多餘零部件，可用於各種工具機；由於絲槓在工作的時候處於受熱拉伸狀態、不工作的時候處於放鬆狀態，故絲槓至始至終均處於其最自然的狀態，絲槓的使用壽命得到有效延長，可廣泛應用於高端數控工具機上；可靠性高，補償效果不受工具機周邊環境、使用年限等影響；補償精度高，根據工具機即時工況進行補償。本發明還提供了一種工具機，設置上述的絲槓熱變形自動補償機構。因本發明提供的絲槓熱變形自動補償機構具有上述優點，所述設置有該絲槓熱變形自動補償機構的工具機也應具有上述優點，在此不再贅述。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種絲槓熱變形自動補償機構，其特徵在於，包括 固定安裝座(1)，安裝於固定支點上，所述固定安裝座(I)與絲槓(9)之間形成有環形腔； 軸承(2 )，安裝在所述環形腔內，並套設在所述絲槓(9 )上； 第一軸向限位件(3)，安裝在所述絲槓(9)上並靠近所述軸承(2)的第一端設置；所述第一軸向限位件(3)與所述軸承(2)的內圈抵壓接觸； 套圈(4)，套設在所述環形腔內並靠近所述軸承(2)的第二端設置；所述套圈(4)與所述軸承(2)的外圈固定連接； 所述固定安裝座(I)內設有壓力腔(13)，所述壓力腔(13)通過油路與壓力油源連接；所述固定安裝座上還設有孔(14)，所述孔(14)的第一端與所述壓力腔(13)連通，第二端對應於所述套圈(4)的外周壁； 彈性夾緊件(5)，位於所述壓力腔(13)內並蓋設在所述孔(14)的孔肩上，使所述壓力腔(13)與所述孔(14)隔離。
2.根據權利要求I所述的絲槓熱變形自動補償機構，其特徵在於，所述固定安裝座(I)包括 軸承座(11),固定在機架上； 法蘭蓋(12)，包括相連接的端蓋部(121)和套筒部(122);所述端蓋部(121)與所述軸承座(11)的第一端通過螺釘(61)連接；所述套筒部(122 )套設在所述軸承座(11)內，且所述套筒部(11)的內孔與所述絲槓(9)之間形成所述環形腔； 所述套筒部(122)上沿周向開設有環形槽(123)，所述環形槽(123)與所述軸承座(11)的內孔壁配合形成所述壓力腔(13);所述孔(14)為多個，沿周向均勻布置在所述套筒部(122)上； 在所述軸承座(11)上開設有用於使所述壓力腔(13)與所述壓力油源連通的進回油通道(111)。
3.根據權利要求2所述的絲槓熱變形自動補償機構，其特徵在於，所述彈性夾緊件(5)套設在所述環形槽(123 )內，且在所述彈性夾緊件(5 )與所述軸承座(11)之間設置有密封結構。
4.根據權利要求3所述的絲槓熱變形自動補償機構，其特徵在於，所述絲槓(9)上形成有臺階部(91)，所述第一軸向限位件(3)為夾設在所述臺階部(91)與所述軸承(2)之間的擋圈，所述擋圈上還設有第一遮擋翻邊(31)。
5.根據權利要求4所述的絲槓熱變形自動補償機構，其特徵在於，所述法蘭蓋(12)的端蓋部(121)上還設有第二遮擋翻邊(124)。
6.根據權利要求2所述的絲槓熱變形自動補償機構，其特徵在於，所述軸承座(11)的第二端設有用於對所述法蘭蓋(12)的套筒部(122)限位的止擋翻邊(112)。
7.根據權利要求I至6中任一項所述的絲槓熱變形自動補償機構，其特徵在於，所述絲槓(9)上還安裝有第二軸向限位件(7)，所述第二軸向限位件(7)靠近所述軸承的第二端設置並與所述軸承(4)的內圈抵壓接觸。
8.根據權利要求7所述的絲槓熱變形自動補償機構，其特徵在於，所述第二軸向限位件(7)包括內隔套(71)，與所述軸承(4)的內圈相鄰；螺母(72)，位於所述內隔套(71)的外端並與所述絲槓(9)螺接。
9.根據權利要求2所述的絲槓熱變形自動補償機構，其特徵在於，在所述軸承座(11)上對應所述進回油通道(111)的位置安裝有管接頭(8)。
10.一種工具機，其特徵在於，設置有權利要求I至9中任一項所述的絲槓熱變形自動補償機構。
全文摘要
本發明提供了一種絲槓熱變形自動補償機構及工具機。該絲槓熱變形自動補償機構包括固定安裝座，安裝於固定支點上，固定安裝座與絲槓之間形成有環形腔；軸承，安裝在環形腔內，並套設在絲槓上；第一軸向限位件，安裝在絲槓上並靠近軸承的第一端設置；第一軸向限位件與軸承的內圈抵壓接觸；套圈，套設在環形腔內並靠近軸承的第二端設置；套圈與軸承的外圈固定連接；固定安裝座內設有壓力腔，壓力腔通過油路與壓力油源連接；固定安裝座上還設有孔，孔的第一端與壓力腔連通，第二端對應於套圈的外周壁；彈性夾緊件，位於壓力腔內並蓋設在孔的孔肩上，使壓力腔與孔隔離。本發明的技術方案具有結構簡單、通用性強，同時能有效降低工具機熱誤差的優點。
文檔編號B23Q23/00GK102699767SQ20121017041
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月28日 優先權日2012年5月28日
發明者張維磊, 李強, 楊剛文 申請人:上海三一精機有限公司