[發明專利]一種基于芳綸纖維熱變形主動補償的滾珠絲杠副

在審

• 申請號: 201710226507.2
• 申請日: 2017-04-09
• 公開（公告）號: CN106862980A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 高相勝;秦澤云;王民
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B23Q5/40
• 分類號: B23Q5/40;B23Q11/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本發明涉及一種基于芳綸纖維熱變形主動補償的滾珠絲杠副，屬于先進制造領域。

背景技術

隨著高速加工技術的廣泛應用，滾珠絲杠副的線速度越來越高，在運行過程中，由于滾珠絲杠副以及軸承滾珠與滾道的高速相對運動，摩擦力做功產生大量的熱，致使滾珠絲杠副產生熱變形進而產生加工誤差。有研究表明，熱變形誤差約占總誤差的30％～50％。在精密加工中這個比例可高達70％。對于滾珠絲杠副而言，工程中主要關心其螺母位置的誤差，螺母位置的誤差主要取決于絲杠的軸向變形量。所以有必要設計一種補償絲杠軸向熱變形的滾珠絲杠副。現有的熱變形補償技術主要是通過數控系統對熱變形進行補償。通過文獻檢索，尚未找到采用負熱膨脹系數材料對滾珠絲杠副熱變形進行離線補償的研究與報道。

發明內容

本發明的目的是為了減小滾珠絲杠副軸向熱變形和提高其精度穩定性，設計了一種基于芳綸纖維的熱變形主動補償滾珠絲杠副。

本發明所采用的技術方案是：一種基于芳綸纖維的熱變形主動補償滾珠絲杠副，包括電熱膜(1)、芳綸纖維(2)、滾珠絲杠本體(3)、電刷(4)、電源(5)和控制器(6)，電熱膜(1)和滾珠絲杠本體(3)之間設有芳綸纖維(2)。

在滾珠絲杠本體(3)靠近電機端的端部預留一段未加工有外螺紋的光軸，在這段光軸上粘貼和布置芳綸纖維(2)，使得芳綸纖維(2)的長度方向與滾珠絲杠本體(3)的軸向方向一致。再在這段光軸上纏繞覆蓋電熱膜(1)，為了防止導線在絲杠旋轉過程中纏繞，將電刷(4)套在電熱膜(1)兩端，電刷(4)不隨滾珠絲杠本體(3)轉動。電熱膜(1)與電刷(4)之間設有間隙，電熱膜(1)的正負極均有一個彈簧片，保障彈簧片始終與電刷(4)相接觸。在轉動的過程中電熱膜(1)始終與電源(5)和控制器(6)保持相連狀態。控制器(6)控制電源(5)的供電參數通過電刷(4)向電熱膜(1)供電使其加熱。

由于芳綸纖維(2)在長度方向上具有負熱膨脹系數，通過電熱膜(1)加熱會收縮使熱誤差得到補償。在實際工況下，絲杠軸在達到熱平衡后，每個軸向位置的軸向變形是一定的。通過對軸向變形的建模，就預測每個軸向位置在軸向的誤差。在掌握螺母運動規律的基礎上，通過計算獲得隨時間變化加熱膜的供熱參數，通過對芳綸纖維(2)加熱產生和絲杠軸軸向熱變形相反的位移，使熱變形得到補償。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：采用負熱膨脹系數纖維材料，粘貼布置在絲杠軸靠近電機的端部，該部分與絲杠軸串聯。采用主動控制的方法，控制纖維粘貼部位相對絲杠變形方向的反向變形，使其與絲杠在軸向的熱膨脹量相互抵消，達到熱誤差補償的目的。

附圖說明

圖1為本發明的基于芳綸纖維熱變形主動補償的滾珠絲杠副結構示意圖。

圖2為本發明的基于芳綸纖維熱變形主動補償的滾珠絲杠副結構放大示意圖。

圖中：1、電熱膜，2、芳綸纖維，3、滾珠絲杠本體，4、電刷，5、電源，6、控制器。

具體實施方式

以下結合附圖和實施，對本發明作進一步詳細說明。

一種自動補償熱變形的滾珠絲杠副，在滾珠絲杠本體(3)的靠近電機一端預留一段不加工外螺紋的光軸，在光軸上粘貼和布置芳綸纖維，使得芳綸纖維長度方向與絲杠軸的軸向一致。再在這段軸上纏繞覆蓋電熱膜。絲杠受熱膨脹，產生熱誤差。由于芳綸纖維在長度方向上具有負熱膨脹系數，此段芳綸纖維由于電熱膜加熱會整體將絲杠軸“拉回”，使熱變形得到補償。

在實際實施過程中，首先要建立在熱平衡狀態下熱誤差與螺母位置的關系，然后根據螺母隨時間的運動規律，計算出電熱膜隨時間變化的供熱參數。實現滾珠絲杠副熱變形的離線補償。

具體實施步驟如下：

步驟1：在滾珠絲杠螺紋設計和加工時，在靠近電機一端預留一段光軸。

步驟2：在這段光軸上粘貼和布置芳綸纖維，使得芳綸纖維長度方向與絲杠軸的軸向方向一致。

步驟3：再在這段軸上纏繞覆蓋電熱膜。

步驟4：將電刷套在電熱膜兩端，電刷不隨滾珠絲杠本體轉動。電熱膜與電刷之間設有間隙，電熱膜的正負極均有一個彈簧片，保障彈簧片始終與電刷相接觸。在轉動的過程中電熱膜始終與電源和控制器保持相連狀態。將電刷與電源和控制器相連。