CN102699767B - 丝杠热变形自动补偿机构及机床 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种丝杠热变形自动补偿机构及机床。该丝杠热变形自动补偿机构包括：固定安装座，安装于固定支点上，固定安装座与丝杠之间形成有环形腔；轴承，安装在环形腔内，并套设在丝杠上；第一轴向限位件，安装在丝杠上并靠近轴承的第一端设置；第一轴向限位件与轴承的内圈抵压接触；套圈，套设在环形腔内并靠近轴承的第二端设置；套圈与轴承的外圈固定连接；固定安装座内设有压力腔，压力腔通过油路与压力油源连接；固定安装座上还设有孔，孔的第一端与压力腔连通，第二端对应于套圈的外周壁；弹性夹紧件，位于压力腔内并盖设在孔的孔肩上，使压力腔与孔隔离。本发明的技术方案具有结构简单、通用性强，同时能有效降低机床热误差的优点。

Description

丝杠热变形自动补偿机构及机床

技术领域

本发明涉及机械加工领域，更具体地，涉及一种丝杠热变形自动补偿机构及机床。

背景技术

热致误差是数控机床的最大误差源，占机床总误差的40%-70%，因此减少热误差是减少机床误差的最为行之有效的方式。目前，降低机床热变形一般有三种方式：一是改进机床机构，二是温度控制，三是温度补偿。改进机床结构是指在设计机床时，依据热膨胀系数合理的选择部件材料，控制热变形和热误差的方向，从而有效地防止重要部件的热变形对机床精度产生影响。温度控制是指通过在机床关键部件上布置加热元件或冷却机构实现机床整体温度场的均衡。这两种方式是在热源头上对机床的温度实施控制，方式一因机床零部件材料的可选范围是有限的，使得机床成本相对难控制；方式二需要增加较多的元件以实现功能，受机床本身结构限制较多，而且效果不是很理想，因此这两种方式的应用局限性比较大。温度补偿是一种热误差补偿技术，作为一种反馈技术，它通过各种手段对数控加工时已产生的误差进行测量，然后根据已经建立的误差补偿模型进行误差补偿计算，消除热变形影响，目前该方法是消除机床热变形、提高加工精度的主要手段，但该方法需要数控***的参与，由于针对不同类型的机床需要做不同的误差补偿模型，所以此种方法的通用性较差。因此，亟需要提供一种结构简单、通用性强，同时能有效降低机床热误差的机构。

发明内容

本发明旨在提出一种结构简单、通用性强，同时能有效降低机床热误差的丝杠热变形自动补偿机构。本发明还提出了一种机床。

根据本发明的一个方面，提供了一种丝杠热变形自动补偿机构，包括：固定安装座，安装于固定支点上，固定安装座与丝杠之间形成有环形腔；轴承，安装在环形腔内，并套设在丝杠上；第一轴向限位件，安装在丝杠上并靠近轴承的第一端设置；第一轴向限位件与轴承的内圈抵压接触；套圈，套设在环形腔内并靠近轴承的第二端设置；套圈与轴承的外圈固定连接；固定安装座内设有压力腔，压力腔通过油路与压力油源连接；固定安装座上还设有孔，孔的第一端与压力腔连通，第二端对应于套圈的外周壁；弹性夹紧件，位于压力腔内并盖设在孔的孔肩上，使压力腔与孔隔离。

进一步地，固定安装座包括：轴承座，固定在机架上；法兰盖，包括相连接的端盖部和套筒部；端盖部与轴承座的第一端通过螺钉连接；套筒部套设在轴承座内，且套筒部的内孔与丝杠之间形成环形腔；套筒部上沿周向开设有环形槽，环形槽与轴承座的内孔壁配合形成压力腔；孔为多个，沿周向均匀布置在套筒部上；在轴承座上开设有用于使压力腔与压力油源连通的进回油通道。

进一步地，弹性夹紧件套设在环形槽内，且在弹性夹紧件与轴承座之间设置有密封结构。

进一步地，丝杠上形成有台阶部，第一轴向限位件为夹设在台阶部与轴承之间的挡圈，挡圈上还设有第一遮挡翻边。

进一步地，法兰盖的端盖部上还设有第二遮挡翻边。

进一步地，轴承座的第二端设有用于对法兰盖的套筒部限位的止挡翻边。

进一步地，丝杠上还安装有第二轴向限位件，第二轴向限位件靠近轴承的第二端设置并与轴承的内圈抵压接触。

进一步地，第二轴向限位件包括：内隔套，与轴承的内圈相邻；螺母，位于内隔套的外端并与丝杠螺接。

进一步地，在轴承座上对应进回油通道的位置安装有管接头。

另一个方面，本发明还提供了一种机床，设置上述的丝杠热变形自动补偿机构。

本发明提供的丝杠热变形自动补偿机构的技术方案，轴承套设在丝杠上；第一轴向限位件安装在丝杠上，该第一轴向限位件靠近轴承第一端设置并与轴承的内圈抵压接触；套圈套设在安装轴承的环形腔内，该套圈靠近轴承第二端设置并与轴承的外圈固定连接。容易理解，当固定安装座的压力腔尚未注入压力油时，轴承在固定安装座内可沿丝杠轴向移动，即固定安装座对轴承的支撑为浮动支撑。

当安装有该丝杠热变形自动补偿机构的机床启动时，机床的动力***驱动丝杠及其移动单元进行进给跑和运动，待一段时间后，丝杠达到热平衡状态，此时，控制压力油源通过油路向压力腔注入压力油，弹性夹紧件受压后膨胀变形，弹性夹紧件对应孔的部分变形后与套圈抵压接触，弹性夹紧件得以夹紧套圈，因套圈和轴承的外圈固定连接，所以使得轴承在固定安装座内的位置固定，从而实现了固定安装座对轴承的固定支撑，提高了丝杠的支撑刚性。然后机床开始加工，因此时丝杠已经进行过跑和运动并处于热变形后的平衡状态，机床在继续运行的过程中不会再出现因较大的热致误差而导致加工精度差的问题，即有效降低了机床热误差，且该丝杠热变形自动补偿机构结构简单，不需要数控***的参与，易于实现。另外，该丝杠热变形自动补偿机构可应用于各种机床的传动机构，通用性强，并可有效提高机床传动***的传动精度和使用寿命。

当机床加工完成后处于待机或停机状态时，可以卸掉压力油，使轴承重新处于浮动支撑状态，以便于下次加工。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示意性示出了本发明的丝杠热变形自动补偿机构的优选实施例的剖视结构；

图2示意性示出了本发明优选实施例中法兰盖的立体结构；以及，

图3示意性示出了本发明优选实施例中弹性夹紧件的立体结构。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参见图1至图3，示出了本发明提供的丝杠热变形自动补偿机构优选实施例的结构。如图所示，该丝杠热变形自动补偿机构至少包括：固定安装座1、轴承2、第一轴向限位件3、套圈4和弹性夹紧件5。由图中可以看出，丝杠9上设置有丝杠螺母92，丝杠9的至少一端由该丝杠热变形自动补偿机构支撑。

具体地，固定安装座1安装于固定支点上，例如固定安装座1通过螺栓63和螺钉固定安装至机床的机架（图中未示出）上。固定安装座1与丝杠9之间形成有环形腔（图中未标号）。轴承2安装在环形腔内并套设在丝杠9上，即轴承2安装在固定安装座1和丝杠9之间。第一轴向限位件3安装在丝杠9上，该第一轴向限位件3靠近轴承2的第一端设置并与轴承2的内圈抵压接触，用于对轴承2的第一端进行轴向限位。套圈4套设在环形腔内并靠近轴承2的第二端设置，且套圈4与轴承2的外圈固定连接，例如轴承2的外圈通过螺钉62与套圈4连接。套圈4用于对轴承2的第二端进行轴向限位。由图中可以看出，套圈4的内孔半径大于轴承2的内圈外径，套圈4的内孔与丝杠9之间形成有环形间隙。

固定安装座1内设有压力腔13，压力腔13通过油路与压力油源（图中未示出）连接。固定安装座1上还设有孔14，孔14的第一端与压力腔13连通，第二端对应于套圈4的外周壁。弹性夹紧件5位于压力腔13内并盖设在孔14的孔肩上，弹性夹紧件5用于使压力腔13与孔14隔离。

采用本发明的技术方案，容易理解，当固定安装座1的压力腔13尚未注入压力油时，轴承2在固定安装座1内可沿丝杠9轴向移动，即固定安装座1对轴承2的支撑为浮动支撑。

当安装有该丝杠热变形自动补偿机构的机床启动时，机床的动力***驱动丝杠9及其移动单元进行进给跑和运动，待一段时间后，丝杠9达到热平衡状态，此时，控制压力油源通过油路向压力腔13注入压力油，弹性夹紧件5受压后膨胀变形，弹性夹紧件5对应孔14的部分变形后与套圈4抵压接触，弹性夹紧件5得以夹紧套圈4，又因套圈4和轴承2的外圈固定连接，所述轴承2在第一轴向限位件3和套圈4的作用下在固定安装座1内的位置固定，从而实现了固定安装座1对轴承2的固定支撑，提高了丝杠9的支撑刚性。然后机床开始加工，因此时丝杠9已经进行过进给跑和运动并处于热变形后的平衡状态，机床在继续运行的过程中不会再出现因较大的热致误差而导致加工精度差的问题，且该丝杠热变形自动补偿机构结构简单，不需要数控***的参与，易于实现。另外，该丝杠热变形自动补偿机构可应用于各种机床的传动机构，通用性强，并可有效提高机床传动***的传动精度和使用寿命。优选地，弹性夹紧件5和套圈4采用摩擦系数大的材料加工而成，在压力油的作用下，可以达到需要的夹紧力。

当机床加工完成后处于待机或停机状态时，可以卸掉压力油，使轴承2重新处于浮动支撑状态，以便于下次加工。

容易理解，注入压力腔13内的压力油的压力和流量根据所需夹紧力而定，一般为10Mpa-30Mpa。

再来参见图1至图3，本实施例中示出了固定安装座1和弹性夹紧件5的优选实施方式。如图所示，固定安装座1进一步地包括轴承座11和法兰盖12。轴承座11通过螺栓63和螺钉固定在机床的机架上。法兰盖12包括相连接的端盖部121和套筒部122。其中，端盖部121与轴承座11的第一端通过螺钉61连接，套筒部122套设在轴承座11内，且套筒部11的内孔与丝杠9之间形成用于安装轴承2以及套设套圈4的环形腔。套筒部122上沿周向开设有环形槽123，环形槽123与轴承座11的内孔壁配合形成压力腔13。孔14为多个，沿周向均匀布置在套筒部122上。由图2中可以看出，孔14可以为方形孔，设置在环形槽123的槽底上并沿周向均匀分布多个。在轴承座11上开设有用于使压力腔13与压力油源连通的进回油通道111，优选地，在轴承座11上对应进回油通道111的位置安装有管接头8，外部管路通过管接头8将压力腔13与压力油源连通。

弹性夹紧件5套设在环形槽123内，且在弹性夹紧件5与轴承座11之间设置有密封结构。这样，使得压力腔13与孔14之间为密封隔离，避免压力油由压力腔13中泄露。优选地，见图3，弹性夹紧件5为弹性夹紧环，套设在环形槽123内，弹性夹紧件5的轴向两端上均形成有凸环51，各凸环51上均设有用于嵌设O型圈的密封槽52。优选地，弹性夹紧件5可以采用铜合金加工而成，弹性好且摩擦系数较大。优选地，轴承座11的第二端设有用于对法兰盖12的套筒部122限位的止挡翻边112，使法兰盖12与轴承座11的固定连接更为可靠。

优选地，丝杠9上形成有台阶部91，第一轴向限位件3为夹设在台阶部91与轴承2之间的挡圈。在挡圈上还设有第一遮挡翻边31，该第一遮挡翻边31可以设置在挡圈靠近台阶部91的一端，用于防止杂物进入轴承2内后影响轴承2的使用性能。优选地，在法兰盖12的端盖部121上还设有第二遮挡翻边124，该第二遮挡翻边124和第一遮挡翻边31相配合，以更好地止挡杂物进入轴承2内。当然，在一种未示出的实施方式中，该第一轴向限位件3还可以由丝杠9的台阶部91直接形成。

优选地，在丝杠9上还安装有第二轴向限位件7，第二轴向限位件7靠近轴承2的第二端设置并与轴承4的内圈抵压接触，使轴承2内圈在丝杠9上的位置固定。在图1中还示出了第二轴向限位件7的优选实施方式，该第二轴向限位件7包括内隔套71和螺母72。内隔套71与轴承4的内圈相邻，螺母72位于内隔套71的外端并与丝杠9螺接，螺母72可以采用锁紧螺母72，降低了螺母72松动的可能性。

上述的丝杠热变形自动补偿机构的优选实施例的装配过程如下所述：

1）首先将轴承座11通过螺栓63和螺钉固定在机床的机架或床身上，然后将嵌设有O型圈的弹性夹紧件5安装在法兰盖12上，然后将法兰盖12装入轴承座11中，并用螺钉61将法兰盖12和轴承座11二者固定；

2）将第一轴向限位件3、轴承2、内隔套71、螺母72依次套设在丝杠9的一端，用螺钉62将套圈4和轴承2的外圈固定连接在一起；

3）将步骤2所得的组件整体装入法兰盖12中，将管接头8拧入轴承座11中。装配完成。

需要说明的是，在本发明的实施例中，轴承2由两个并排设置的轴承21和轴承22组合而成，在其他未示出的实施例中，轴承2也可以只采用一个轴承。

另外，上述优选实施例中例举出了固定安装座1的具体实施方式，容易理解，在实际应用中，固定安装座1还可以具有多种实施方式。例如，压力腔13为多个互相隔离的腔体，在周向上均匀分布，各腔体的横截面呈扇形，此时弹性夹紧件5的结构也会发生改变以适应压力腔13的形状，各独立的压力腔13也应分别通过各自的进出油通道与压力油源连通。或者，环形槽123开设在轴承座11上，孔14开设在法兰盖12的套筒部122上，弹性夹紧件5的结构不变，同样能达到上述的技术效果。

本发明的丝杠热变形自动补偿机构具有如下优点：通用性好，结构简单，易于实现，不需要增加多余零部件，可用于各种机床；由于丝杠在工作的时候处于受热拉伸状态、不工作的时候处于放松状态，故丝杠至始至终均处于其最自然的状态，丝杠的使用寿命得到有效延长，可广泛应用于高端数控机床上；可靠性高，补偿效果不受机床周边环境、使用年限等影响；补偿精度高，根据机床即时工况进行补偿。

本发明还提供了一种机床，设置上述的丝杠热变形自动补偿机构。因本发明提供的丝杠热变形自动补偿机构具有上述优点，所述设置有该丝杠热变形自动补偿机构的机床也应具有上述优点，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种丝杠热变形自动补偿机构，其特征在于，包括：

固定安装座（1），安装于固定支点上，所述固定安装座（1）与丝杠（9）之间形成有环形腔；

轴承（2），安装在所述环形腔内，并套设在所述丝杠（9）上；

第一轴向限位件（3），安装在所述丝杠（9）上并靠近所述轴承（2）的一端设置；所述第一轴向限位件（3）与所述轴承（2）的内圈抵压接触；

套圈（4），套设在所述环形腔内并靠近所述轴承（2）的另一端设置；所述套圈（4）与所述轴承（2）的外圈固定连接；

所述固定安装座（1）内设有压力腔（13），所述压力腔（13）通过油路与压力油源连接；所述固定安装座上还设有孔（14），所述孔（14）的第一端与所述压力腔（13）连通，第二端对应于所述套圈（4）的外周壁；

弹性夹紧件（5），位于所述压力腔（13）内并盖设在所述孔（14）的孔肩上，使所述压力腔（13）与所述孔（14）隔离。

2.根据权利要求1所述的丝杠热变形自动补偿机构，其特征在于，所述固定安装座（1）包括：

轴承座（11），固定在机架上；

法兰盖（12），包括相连接的端盖部（121）和套筒部（122）；所述端盖部（121）与所述轴承座（11）的一端通过螺钉（61）连接；所述套筒部（122）套设在所述轴承座（11）内，且所述套筒部（11）的内孔与所述丝杠（9）之间形成所述环形腔；

所述套筒部（122）上沿周向开设有环形槽（123），所述环形槽（123）与所述轴承座（11）的内孔壁配合形成所述压力腔（13）；所述孔（14）为多个，沿周向均匀布置在所述套筒部（122）上；

在所述轴承座（11）上开设有用于使所述压力腔（13）与所述压力油源连通的进回油通道（111）。

3.根据权利要求2所述的丝杠热变形自动补偿机构，其特征在于，所述弹性夹紧件（5）套设在所述环形槽（123）内，且在所述弹性夹紧件（5）与所述轴承座（11）之间设置有密封结构。

4.根据权利要求3所述的丝杠热变形自动补偿机构，其特征在于，所述丝杠（9）上形成有台阶部（91），所述第一轴向限位件（3）为夹设在所述台阶部（91）与所述轴承（2）之间的挡圈，所述挡圈上还设有第一遮挡翻边（31）。

5.根据权利要求4所述的丝杠热变形自动补偿机构，其特征在于，所述法兰盖（12）的端盖部（121）上还设有第二遮挡翻边（124）。

6.根据权利要求2所述的丝杠热变形自动补偿机构，其特征在于，所述轴承座（11）的另一端设有用于对所述法兰盖（12）的套筒部（122）限位的止挡翻边（112）。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的丝杠热变形自动补偿机构，其特征在于，所述丝杠（9）上还安装有第二轴向限位件（7），所述第二轴向限位件（7）靠近所述轴承的另一端设置并与所述轴承（4）的内圈抵压接触。

8.根据权利要求7所述的丝杠热变形自动补偿机构，其特征在于，所述第二轴向限位件（7）包括：内隔套（71），与所述轴承（4）的内圈相邻；螺母（72），位于所述内隔套（71）的外端并与所述丝杠（9）螺接。

9.根据权利要求2所述的丝杠热变形自动补偿机构，其特征在于，在所述轴承座（11）上对应所述进回油通道（111）的位置安装有管接头（8）。

10.一种机床，其特征在于，设置有权利要求1至9中任一项所述的丝杠热变形自动补偿机构。