專利名稱：絲杠螺母副傳動(dòng)控制裝置及方法和螺母組件的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)床，絲杠螺母副進(jìn)給裝置以及螺母加工。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中高速機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)主要為滾珠絲杠或直線電機(jī)。滾珠絲杠由于傳動(dòng)誤差大，摩擦磨損和發(fā)熱嚴(yán)重，彈性變形引起工作臺(tái)爬行和反向死區(qū)引起非線性誤差等一系列原因，很難向更高速發(fā)展；直線電機(jī)除控制難度大外，還需解決長(zhǎng)距離移動(dòng)、散熱、隔磁、提供足夠大的推力、自鎖和移動(dòng)部件輕量化等問(wèn)題，此外，成本高也嚴(yán)重影響其推廣應(yīng)用。另外，易于實(shí)現(xiàn)更高速度及加速度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，卻因技術(shù)發(fā)展不成熟無(wú)法承擔(dān)起高速進(jìn)給的重任。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種絲杠螺母副傳動(dòng)控制裝置及方法和螺母組件的加工方法，為低速、高速及超高速機(jī)床提供一個(gè)高速、穩(wěn)定的進(jìn)給系統(tǒng)。
本發(fā)明是一種絲杠螺母副傳動(dòng)控制裝置及方法和螺母組件的加工方法，其絲杠螺母副傳動(dòng)控制裝置，由液壓控制機(jī)構(gòu)、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，其中絲杠4隨傳遞輪3一起轉(zhuǎn)動(dòng)，由絲杠螺母副驅(qū)動(dòng)螺母6沿絲杠4進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，其液壓控制機(jī)構(gòu)由控制器1、壓力控制閥10、三位四通電磁換向閥9、扭矩傳感器2組成，扭矩傳感器2安裝在動(dòng)力傳遞輪3與螺母6間，扭矩傳感器2將絲杠4所傳遞的力矩TN轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘?hào)，傳遞給控制器1，控制器1將油路換向控制信號(hào)加到三位四通電磁換向閥9上，控制器1控制壓力控制閥10輸出出口壓力，經(jīng)由第一管路A或第二管路B傳遞到螺母6與絲杠4所接觸的側(cè)面，在螺母6的螺紋兩側(cè)開(kāi)有第一螺旋蓄油槽c和第二螺旋蓄油槽d，由螺母6兩頭的第一端蓋5、第二端蓋5′及絲杠4的螺紋在所接觸的側(cè)面形成了封閉的螺旋蓄油。
本發(fā)明的絲杠螺母副傳動(dòng)控制方法，由安裝在動(dòng)力傳遞輪3與螺母6間的扭矩傳感器2采集絲杠4傳遞的扭矩并轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘?hào)傳遞給控制器1，控制器1控制壓力控制閥10輸出出口壓力P1，使P1≤8TN/((φ12-φ22)L)其中TN為扭矩傳感器2測(cè)得的絲杠4傳遞的扭矩，φ1為螺旋蓄油槽的最大直徑，φ2為螺旋蓄油槽的最小直徑，L為螺母的長(zhǎng)度。
本發(fā)明的螺母組件的加工方法，在加工前準(zhǔn)備好未開(kāi)內(nèi)螺紋的螺母6、第一端蓋5和第二端蓋5′，其加工步驟為(1)由第一螺釘7、第二螺釘7′及第一定位銷8、第二定位銷8′把螺母6與第一端蓋5、第二端蓋5′組裝為一體；(2)在螺母6與第一端蓋5、第二端蓋5′的內(nèi)孔面上加工螺紋到標(biāo)準(zhǔn)尺寸；(3)卸取螺母兩側(cè)的第一端蓋5、第二端蓋5′，在螺母6的螺紋兩側(cè)分別加工出第一螺旋蓄油槽c、第二螺旋蓄油槽d；(4)用第一螺釘7、第二螺釘7′及第一定位銷8、第二定位銷8′將螺母6與第一端蓋5、第二端蓋5′重新組裝為一體，構(gòu)成螺母組件。
本發(fā)明的有益之處為當(dāng)螺母所驅(qū)動(dòng)的機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)螺母產(chǎn)生阻抗力F時(shí)，螺母的一個(gè)螺紋側(cè)面就與絲杠螺紋一個(gè)側(cè)面接觸，同時(shí)扭矩傳感器對(duì)應(yīng)得到絲杠所傳遞的力矩TN，由控制器根據(jù)絲杠轉(zhuǎn)向給出油路換向控制信號(hào)，根據(jù)扭矩傳感器得到的扭矩TN，調(diào)節(jié)壓力控制閥使輸入口恒定壓力P變?yōu)楹线m的出口壓力P1。該壓力由管路傳遞到螺母與絲杠螺紋接觸側(cè)面，在螺母的螺紋兩側(cè)開(kāi)有螺旋畜油槽，通過(guò)螺母兩頭的端蓋及絲杠螺紋，在所接觸的側(cè)面形成了封閉的螺旋畜油槽腔，畜油槽中的壓力油對(duì)螺母產(chǎn)生的軸向合力F1與機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)螺母產(chǎn)生的阻抗力F方向相反。由此來(lái)減小絲杠螺母副間的剛性接觸壓力，提高了傳動(dòng)效果，傳動(dòng)效率高。在螺母與導(dǎo)向絲杠之間的相互配合表面上形成一個(gè)流體薄膜，從而起到流體靜壓潤(rùn)滑的作用。絲杠工作時(shí)，可以根據(jù)系統(tǒng)測(cè)得的螺母受力的大小及方向，對(duì)加壓流體的壓力大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，保護(hù)螺母始終工作在流體薄膜潤(rùn)滑狀態(tài)，不會(huì)因受力變化而破壞流體薄膜，防止絲杠與螺母直接接觸出現(xiàn)摩擦磨損現(xiàn)象。采用流體潤(rùn)滑，幾乎沒(méi)有摩擦，發(fā)熱低，磨損少，可以在很大程度上提高其工作壽命；流體潤(rùn)滑薄膜直接與金屬相接觸，具有很高的剛度，大大提高其承載能力；流體薄膜具有良好的減震性能，能夠減小系統(tǒng)的噪音；為高速及超高速機(jī)床提供一個(gè)高速、穩(wěn)定的進(jìn)給系統(tǒng)。


圖1a是絲杠螺母副傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖1b為圖1中I部位的局部放大示意圖，圖2是壓力控制框圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1a所示，本發(fā)明的絲杠螺母副傳動(dòng)裝置由液壓控制機(jī)構(gòu)、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，其中絲杠4隨傳遞輪3一起轉(zhuǎn)動(dòng)，由絲杠螺母副驅(qū)動(dòng)螺母6沿絲杠4進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，其液壓控制機(jī)構(gòu)由控制器1、壓力控制閥10、三位四通電磁換向閥9、扭矩傳感器2組成，扭矩傳感器2安裝在動(dòng)力傳遞輪3與螺母6間，扭矩傳感器2將絲杠4所傳遞的力矩TN轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘?hào)，傳遞給控制器1，控制器1采用單片機(jī)或PLC為核心實(shí)現(xiàn)控制，控制器1將油路換向控制信號(hào)加到三位四通電磁換向閥9上，控制器1控制壓力控制閥10輸出出口壓力，經(jīng)由第一管路A或第二管路B傳遞到螺母6與絲杠4所接觸的側(cè)面，如圖1b在螺母6的螺紋兩側(cè)開(kāi)有第一螺旋蓄油槽c和第二螺旋蓄油槽d，由螺母6兩頭的第一端蓋5、第二端蓋5′及絲杠4的螺紋在所接觸的側(cè)面形成了封閉的螺旋蓄油。
如圖1a、圖2所示，當(dāng)螺母6所驅(qū)動(dòng)的機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)螺母6產(chǎn)生阻抗力F時(shí)，螺母6的一個(gè)螺紋側(cè)面就與絲杠4螺紋的一個(gè)側(cè)面接觸，同時(shí)扭矩傳感器2對(duì)應(yīng)得到絲杠(4)所傳遞的力矩；由控制器1根據(jù)絲杠4轉(zhuǎn)向給出油路換向控制信號(hào)加到三位四通電磁換向閥9，根據(jù)扭矩傳感器2得到的扭矩TN，控制器1調(diào)節(jié)壓力控制閥10把輸入口恒定液體壓力P變?yōu)楹线m的出口液體壓力P1。該壓力P1由第一管路A或第二管路B傳遞到螺母6與絲杠4所接觸的側(cè)面。如圖1b所示，在螺母6的螺紋兩側(cè)開(kāi)有第一螺旋畜油槽c、第二螺旋畜油槽d，如圖1a、圖1b所示，通過(guò)螺母6兩頭的第一端蓋5、第二端蓋5′及絲杠4的螺紋在所接觸的側(cè)面形成了封閉的第一螺旋畜油槽c或第二螺旋畜油槽d，第一螺旋畜油槽c或第二螺旋畜油槽d中的壓力油對(duì)螺母6產(chǎn)生的軸向合力F1與機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)螺母6產(chǎn)生的阻抗力F方向相反，由此來(lái)減小絲杠螺母副間的剛性接觸壓力，提高了絲杠螺母副的傳動(dòng)效果。
本發(fā)明的絲杠螺母組件的加工方法，在加工前準(zhǔn)備好未開(kāi)內(nèi)羅紋的螺母6、第一端蓋5和第二端蓋5′，其加工步驟為(1)由第一螺釘7、第二螺釘7′及第一定位銷8、第二定位銷8′把螺母6與第一端蓋5、第二端蓋5′組裝為一體；(2)在螺母6與第一端蓋5、第二端蓋5′的內(nèi)孔面上加工螺紋到標(biāo)準(zhǔn)尺寸；(3)卸取螺母兩側(cè)的第一端蓋5、第二端蓋5′，在螺母6的螺紋兩側(cè)分別加工出第一螺旋蓄油槽c、第二螺旋蓄油槽d；(4)用第一螺釘7、第二螺釘7′及第一定位銷8、第二定位銷8′將螺母6與第一端蓋5、第二端蓋5′重新組裝為一體，構(gòu)成螺母組件。
本發(fā)明的絲杠螺母副傳動(dòng)控制方法，由安裝在動(dòng)力傳遞輪3與螺母6間的扭矩傳感器2采集絲杠4傳遞的扭矩并轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘?hào)傳遞給控制器1，控制器1控制壓力控制閥10輸出出口壓力P1，使P1≤8TN/((φ12-φ22)L)其中TN為扭矩傳感器2測(cè)得的絲杠4傳遞的扭矩，φ1為螺旋蓄油槽的最大直徑，φ2為螺旋蓄油槽的最小直徑，L為螺母的長(zhǎng)度。
權(quán)利要求
1.絲杠螺母副傳動(dòng)控制裝置，由液壓控制機(jī)構(gòu)、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，其中絲杠(4)隨傳遞輪(3)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，由絲杠螺母副驅(qū)動(dòng)螺母(6)沿絲杠(4)進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，其特征在于其液壓控制機(jī)構(gòu)由控制器(1)、壓力控制閥(10)、三位四通電磁換向閥(9)、扭矩傳感器(2)組成，扭矩傳感器(2)安裝在動(dòng)力傳遞輪(3)與螺母(6)間，扭矩傳感器(2)將絲杠(4)所傳遞的力矩(TN)轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘?hào)，傳遞給控制器(1)，控制器(1)將油路換向控制信號(hào)加到三位四通電磁換向閥(9)上，控制器(1)控制壓力控制閥(10)輸出出口壓力，經(jīng)由第一管路(A)或第二管路(B)傳遞到螺母(6)與絲杠(4)所接觸的側(cè)面，在螺母(6)的螺紋兩側(cè)開(kāi)有第一螺旋蓄油槽(c)和第二螺旋蓄油槽(d)，由螺母(6)兩頭的第一端蓋(5)、第二端蓋(5′)及絲杠(4)的螺紋在所接觸的側(cè)面形成了封閉的螺旋蓄油。
2.絲杠螺母副傳動(dòng)控制方法，由安裝在動(dòng)力傳遞輪(3)與螺母(6)間的扭矩傳感器(2)采集絲杠(4)傳遞的扭矩并轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘?hào)傳遞給控制器(1)，其特征在于控制器(1)控制壓力控制閥(10)輸出出口壓力(P1)，使P1≤8TN/((φ12-φ22)L)其中TN為扭矩傳感器(2)測(cè)得的絲杠(4)傳遞的扭矩，φ1為螺旋蓄油槽的最大直徑，φ2為螺旋蓄油槽的最小直徑，L為螺母的長(zhǎng)度。
3.螺母組件的加工方法，在加工前準(zhǔn)備好未開(kāi)內(nèi)羅紋的螺母(6)、第一端蓋(5)和第二端蓋(5′)，其加工步驟為(1)由第一螺釘(7)、第二螺釘(7′)及第一定位銷(8)、第二定位銷(8′)把螺母(6)與第一端蓋(5)、第二端蓋(5′)組裝為一體；(2)在螺母(6)與第一端蓋(5)、第二端蓋(5′)的內(nèi)孔面上加工螺紋到標(biāo)準(zhǔn)尺寸；(3)卸取螺母兩側(cè)的第一端蓋(5)、第二端蓋(5′)，在螺母(6)的螺紋兩側(cè)分別加工出第一螺旋蓄油槽(c)、第二螺旋蓄油槽(d)；(4)用第一螺釘(7)、第二螺釘(7′)及第一定位銷(8)、第二定位銷(8′)將螺母(6)與第一端蓋(5)、第二端蓋(5′)重新組裝為一體，構(gòu)成螺母組件。
全文摘要
絲杠螺母副傳動(dòng)控制裝置及方法和螺母組件的加工方法，其控制裝置的液壓控制機(jī)構(gòu)中的扭矩傳感器將絲杠所傳遞的力矩轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘?hào)，傳遞給控制器，控制器將油路換向控制信號(hào)加到三位四通電磁換向閥上，控制器控制壓力控制閥輸出出口壓力，經(jīng)由兩個(gè)管路傳遞到螺母與絲杠所接觸的側(cè)面，在螺母的螺紋兩側(cè)開(kāi)有兩個(gè)螺旋蓄油槽，由螺母兩頭的兩個(gè)端蓋及絲杠的螺紋在所接觸的側(cè)面形成了封閉的螺旋蓄油；其控制方法為控制器控制壓力控制閥輸出出口壓力，使其小于或等于8T
文檔編號(hào)F16H57/04GK101059165SQ20061010531
公開(kāi)日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2006年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月19日
發(fā)明者羅生梅, 趙樹(shù)清, 姚天鵬 申請(qǐng)人:蘭州理工大學(xué)