一種高速滾珠絲杠副雙螺母預(yù)緊力控制裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高速滾珠絲杠副雙螺母預(yù)緊力控制裝置及方法，包括設(shè)在絲杠上的一對螺母，一對螺母外周分布有與溫度控制系統(tǒng)相連的扇形空腔；一對螺母預(yù)緊端之間工型件上設(shè)有調(diào)節(jié)一對螺母預(yù)緊端預(yù)緊力的微調(diào)螺桿；工型件連接到工作臺，在一對螺母預(yù)緊端與工型件之間設(shè)有連接到采集處理模塊與計(jì)算機(jī)的壓力傳感器，通過計(jì)算機(jī)控制溫度控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)扇形空腔液體流速改變絲杠螺母溫度，實(shí)現(xiàn)對絲杠雙螺母預(yù)緊力的控制。通過該裝置能夠?qū)Σ痪鶆蝾A(yù)緊力實(shí)時檢測及調(diào)整。本發(fā)明利用上述裝置進(jìn)行預(yù)緊力變化狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)辨識不同預(yù)緊力狀態(tài)下絲杠螺母的振動信號，實(shí)現(xiàn)預(yù)緊力變化狀態(tài)監(jiān)測。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、可行性強(qiáng)，具有一定的智能化程度。
【專利說明】
一種高速滾珠絲杠副雙螺母預(yù)緊力控制裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于高速、高精度金屬切削數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)動精度研究技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高速滾珠絲杠副雙螺母預(yù)緊力控制裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002 ]高速數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)動精度研究是實(shí)現(xiàn)金屬切削機(jī)床高速、高效切削及提高工件表面加工質(zhì)量的基礎(chǔ)，滾珠絲杠副雙螺母作為將高速數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為工作臺直線運(yùn)動的關(guān)鍵部件，其預(yù)緊力對于提高進(jìn)給系統(tǒng)剛度和運(yùn)動精度具有重要的意義。在進(jìn)給系統(tǒng)高速運(yùn)動過程中，絲杠螺母摩擦產(chǎn)生大量熱使絲杠螺母產(chǎn)生變形，并且這種熱變形是不均勻的，從而造成絲杠雙螺母之間的預(yù)緊力不均勻變化，嚴(yán)重影響進(jìn)給系統(tǒng)剛度和運(yùn)動精度。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中絲杠螺母副雙螺母預(yù)緊檢測、調(diào)整是通過雙螺母之間分布的力傳感器感知預(yù)緊力的變化，利用微調(diào)裝置實(shí)現(xiàn)預(yù)緊力手動調(diào)整或者利用超磁致伸縮制動器實(shí)現(xiàn)預(yù)緊力自動調(diào)整。清華大學(xué)公開的專利號為:CN201410165778.8，是采用均勻分布在絲杠螺母之間的三個旋緊螺母壓縮彈簧實(shí)現(xiàn)預(yù)緊，并通過拉壓傳感器進(jìn)行實(shí)時測量；山東大學(xué)公開的專利號為:CN201510049917.5，是采用超磁致伸縮棒的伸縮增大或減小雙螺母之間的預(yù)緊力，并通過超磁致伸縮致動器一端的力傳感器控制伸縮量。上述專利主要側(cè)重于預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置的原理設(shè)計(jì)，沒有考慮絲杠螺母預(yù)緊裝置與工作臺的實(shí)際安裝方式。機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)在高速運(yùn)動過程中無法采用手動方式實(shí)現(xiàn)絲杠螺母預(yù)緊力調(diào)整，預(yù)緊力自動調(diào)整方式具有可行性，但是采用超磁致伸制動器方式實(shí)現(xiàn)預(yù)緊力自動調(diào)整受環(huán)境因素影響較大，安裝不方便，成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明從導(dǎo)致預(yù)緊力變化根源入手，通過設(shè)計(jì)在雙螺母上的扇形空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)液體的流動，實(shí)時對絲杠螺母表面溫度進(jìn)行控制間接實(shí)現(xiàn)預(yù)緊力控制，確保高速進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)動精度和穩(wěn)定性。
[0005]本發(fā)明的目的之一在于提供一種高速滾珠絲杠副雙螺母預(yù)緊力控制裝置，該控制裝置可以實(shí)現(xiàn)不均勻預(yù)緊力實(shí)時檢測及調(diào)整，結(jié)構(gòu)簡單、可行性強(qiáng)。
[0006]本發(fā)明的目的之二是利用該預(yù)緊力控制裝置通過對絲杠螺母溫度的控制實(shí)現(xiàn)預(yù)緊力變化控制，并提供了一種進(jìn)行不均勻預(yù)緊力實(shí)時檢測及調(diào)整方法。
[0007]本發(fā)明的目的之三在于提供一種利用雙螺母預(yù)緊力控制裝置進(jìn)行預(yù)緊力變化狀態(tài)監(jiān)測的系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明的目的之四是利用該系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)緊力變化狀態(tài)監(jiān)測的方法，檢測預(yù)緊力變化的同時結(jié)合機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)內(nèi)置傳感器測量信號，通過辨識不同預(yù)緊力狀態(tài)下絲杠螺母振動信號，實(shí)現(xiàn)絲杠螺母預(yù)緊力變化狀態(tài)監(jiān)測。
[0009]本發(fā)明所采用的第一種技術(shù)方案是，一種高速滾珠絲杠副雙螺母預(yù)緊力控制裝置，包括一絲杠，以及分別設(shè)在絲杠上的一對螺母，一對螺母外周分布有與溫度控制系統(tǒng)相連的扇形空腔;一對螺母內(nèi)端分別設(shè)有螺母預(yù)緊端，一對螺母預(yù)緊端之間設(shè)有工型件，工型件上設(shè)有調(diào)節(jié)一對螺母預(yù)緊端預(yù)緊力的微調(diào)螺桿;在一對螺母預(yù)緊端與工型件之間設(shè)有壓力傳感器，壓力傳感器與采集處理模塊相連，采集處理模塊和溫度控制系統(tǒng)連接至計(jì)算機(jī)，通過調(diào)節(jié)扇形空腔的溫度和調(diào)節(jié)微調(diào)螺桿對螺母預(yù)緊端的預(yù)緊力，實(shí)現(xiàn)對絲杠雙螺母預(yù)緊力的控制。
[0010]進(jìn)一步，所述工型件包括一中空的圓柱體，在中空的圓柱體上下端設(shè)有上下邊緣，沿上下邊緣軸向兩端分別設(shè)有螺母預(yù)緊端的安裝槽，以及微調(diào)螺桿的調(diào)節(jié)孔，微調(diào)螺桿貫穿螺母預(yù)緊端與調(diào)節(jié)孔相接;沿上下邊緣徑向設(shè)有連接螺栓安裝孔，通過連接螺栓將工型件固定在工作臺上。
[0011]進(jìn)一步，所述工型件中空的圓柱體上設(shè)有固定壓力傳感器的定位凹槽。
[0012]進(jìn)一步，所述扇形空腔為三個呈100°分布的扇形體，相鄰空腔間隔20°，扇形空腔中灌注有液體，扇形空腔分別與溫度控制系統(tǒng)相連通。
[0013]進(jìn)一步，每個扇形空腔中心對應(yīng)到相應(yīng)的壓力傳感器中心。
[0014]進(jìn)一步，由絲杠、一對螺母、扇形空腔、工型件、微調(diào)螺桿和壓力傳感器與采集處理模塊構(gòu)成的預(yù)緊力檢測單元與溫度控制系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)連接。
[0015]本發(fā)明所采用的第二種技術(shù)方案是，一種利用雙螺母預(yù)緊力控制裝置進(jìn)行不均勻預(yù)緊力實(shí)時檢測及調(diào)整方法，包括下述步驟:
[0016]步驟I，通過微調(diào)螺桿調(diào)節(jié)雙螺母的初始預(yù)緊力;通過壓力傳感器和采集處理模塊將采集到的雙螺母預(yù)緊端各方位預(yù)緊力大小信息實(shí)時反饋給計(jì)算機(jī)進(jìn)行雙螺母預(yù)緊端預(yù)緊力的控制，直到各方位初始預(yù)緊力相同；
[0017]步驟2，絲杠螺母運(yùn)動過程中，通過各方位壓力傳感器獲取分布在螺母預(yù)緊端與工型件之間的預(yù)緊力變化信息，通過采集處理模塊將預(yù)緊力變化信息傳遞給計(jì)算機(jī)，間隔時間A t，計(jì)算t時刻各方位預(yù)緊力Ft與初始預(yù)緊力Fo的差值Δ Fl=Ft-Fo;
[0018]步驟3，設(shè)定初始預(yù)緊力波動范圍為ΔF，如果I Δ Fl | > Λ F，計(jì)算機(jī)控制溫度控制系統(tǒng)在A t時間內(nèi)使溫度為T的液體以流速V1流入扇形空腔，計(jì)算機(jī)獲取t+ Δ t時刻數(shù)據(jù)處理模塊傳遞的各方位預(yù)緊力值，計(jì)算t+At時刻溫度控制的各方位預(yù)緊力Ftut與初始預(yù)緊力Fo的差值 Δ F2 = Ftut-F0;
[0019]步驟4，如果IΔ F2 I > A F，計(jì)算機(jī)控制溫度控制系統(tǒng)在Δ t時間內(nèi)使溫度為T的液體以流速^流入扇形空腔，V2>V1，計(jì)算機(jī)獲取t+2 At時刻數(shù)據(jù)處理模塊傳遞的各方位預(yù)緊力值，計(jì)算t+2 Δ t時刻溫度控制的各方位預(yù)緊力Ft+2At與初始預(yù)緊力Fo的差值Δ F3 = Ft+2At-Fo；
[0020]步驟5，如果I Δ F( i) I > Δ F，3彡i〈n，計(jì)算機(jī)控制溫度控制系統(tǒng)在A t時間內(nèi)使溫度為T的液體分別以流速V3、V4......Vn-1流入扇形空腔，Vn-1......>V4>V3>V2,計(jì)算機(jī)分別獲取t+i Δ t時刻數(shù)據(jù)處理模塊傳遞的各方位預(yù)緊力值，計(jì)算t+i Δ t時刻溫度控制的各方位預(yù)緊力Ft+iM與初始預(yù)緊力Fo的差值Δ F(i+1) =Ft+iAt-Fo, 1 = 3,4……n_l;
[0021]步驟6，如果I AF(i + l) I > Δ F，重復(fù)步驟5，如果I Δ F(i + 1) |彡Δ F，計(jì)算機(jī)控制溫度控制系統(tǒng)在時間A t內(nèi)使溫度為T的液體以流速Vi流入扇形空腔，計(jì)算機(jī)獲取t+(i+l) Δ t時刻數(shù)據(jù)處理模塊傳遞的各方位預(yù)緊力值，計(jì)算t+(i+l) Δ t時刻各方位預(yù)緊力與初始預(yù)緊力Fo的差值 AF(i+2)=Ft+(i+1)At-F()，i = 3、4……n_l;
[0022]步驟7，重復(fù)步驟6，調(diào)整各方位預(yù)緊力保持一定初始預(yù)緊力波動范圍AF內(nèi)。
[0023]進(jìn)一步，所述步驟I中，通過微調(diào)螺桿調(diào)節(jié)雙螺母初始預(yù)緊力，按照以下具體步驟實(shí)施:
[0024]步驟1.1，將各壓力傳感器分為2組，呈120°均勻分布在一對螺母預(yù)緊端之間的工型件定位凹槽中，確保每個壓力傳感器中心與螺母表面扇形空腔中心在一條軸線上，兩組壓力傳感器依次對應(yīng)分布在工型件兩側(cè)；
[0025]步驟1.2，根據(jù)設(shè)定預(yù)緊力要求，手動調(diào)整微調(diào)螺桿，壓力傳感器的數(shù)據(jù)經(jīng)采集處理模塊傳遞給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)實(shí)時顯示各方位壓力傳感器數(shù)值；
[0026]步驟1.3，判斷各方位初始預(yù)緊力是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，如未達(dá)標(biāo)，繼續(xù)微調(diào)微調(diào)螺桿，直至計(jì)算機(jī)檢測顯示達(dá)到預(yù)緊力標(biāo)準(zhǔn)。
[0027]本發(fā)明所采用的第三種技術(shù)方案是，一種利用雙螺母預(yù)緊力控制裝置進(jìn)行預(yù)緊力變化狀態(tài)監(jiān)測的系統(tǒng)，包括設(shè)在工作臺上的雙螺母預(yù)緊力控制裝置，工作臺通過導(dǎo)軌滑塊安裝在導(dǎo)軌上，絲杠貫穿于雙螺母預(yù)緊力控制裝置中，絲杠一端連接電機(jī)，電機(jī)上設(shè)有與數(shù)控系統(tǒng)相連的編碼器，數(shù)控系統(tǒng)上連接有光柵尺讀頭，光柵尺讀頭與工作臺上的光柵尺相連數(shù)控系統(tǒng)的外接數(shù)據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)相連，計(jì)算機(jī)通過辨識不同預(yù)緊力狀態(tài)下絲杠螺母的振動信號，實(shí)現(xiàn)絲杠螺母預(yù)緊力變化狀態(tài)監(jiān)測。
[0028]本發(fā)明所采用的第四種技術(shù)方案是，一種利用雙螺母預(yù)緊力控制裝置進(jìn)行預(yù)緊力變化狀態(tài)監(jiān)測的方法，包括下述步驟:
[0029]步驟I，通過微調(diào)螺桿調(diào)整螺母與工型件之間的不同初始預(yù)緊力，各方位壓力傳感器將實(shí)時獲取的螺母預(yù)緊端預(yù)緊力變化信息，經(jīng)采集處理模塊傳遞給計(jì)算機(jī)；
[0030]步驟2，電機(jī)編碼器將獲取的電機(jī)輸出位置信息與光柵尺讀頭讀取的工作臺位置信息經(jīng)數(shù)控系統(tǒng)的外接數(shù)據(jù)采集卡傳遞給計(jì)算機(jī)；
[0031]步驟3，計(jì)算機(jī)分析獲取的雙螺母預(yù)緊力控制裝置調(diào)節(jié)的不同預(yù)緊力狀態(tài)信息與電機(jī)輸出位置信息和工作臺的位置信息之間的關(guān)系，辨識不同預(yù)緊力狀態(tài)下絲杠螺母的振動信號，實(shí)現(xiàn)絲杠螺母預(yù)緊力變化狀態(tài)監(jiān)測。
[0032]本發(fā)明的有益效果在于:
[0033](I)本發(fā)明的高速滾珠絲杠副雙螺母預(yù)緊力控制裝置由工型件、微調(diào)螺桿、壓力傳感器及采集處理模塊、扇形空腔、計(jì)算機(jī)和溫度控制系統(tǒng)組成，考慮了設(shè)計(jì)裝置與實(shí)際工作臺的安裝問題，結(jié)構(gòu)簡單，可行性強(qiáng)。
[0034](2)本發(fā)明的高速滾珠絲杠副雙螺母預(yù)緊力控制裝置在使用過程中，通過實(shí)時獲取螺母預(yù)緊端與工型件之間六個方位壓力傳感器信息，經(jīng)數(shù)據(jù)采集處理模塊傳遞給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)建立的各方位檢測預(yù)緊力與初始預(yù)緊力差值，控制溫度控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)流向扇形空腔內(nèi)液體流速，控制螺母溫度從而實(shí)現(xiàn)不均勻預(yù)緊力調(diào)整。而現(xiàn)有技術(shù)均未考慮雙螺母預(yù)緊力變化主要根源是由于絲杠螺母之間的熱變形造成的，并且這種變形是不均勻的;均未從減小絲杠螺母的熱變形角度實(shí)現(xiàn)預(yù)緊力的控制。
[0035](3)本發(fā)明的高速滾珠絲杠副雙螺母預(yù)緊力控制裝置可以作為實(shí)驗(yàn)設(shè)備，用于研究滾珠絲杠螺母發(fā)熱與預(yù)緊力之間的關(guān)系以及研究預(yù)緊力變化對數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)動精度的影響規(guī)律，為數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供依據(jù)。
[0036](4)本發(fā)明的高速滾珠絲杠副雙螺母預(yù)緊力控制裝置可用于研究機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)內(nèi)置傳感器信號與絲杠螺母預(yù)緊力變化之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)通過內(nèi)置傳感器信號對絲杠螺母預(yù)緊力變化狀態(tài)監(jiān)測。
【附圖說明】
[0037]圖1是本發(fā)明的高速滾珠絲杠副雙螺母預(yù)緊力控制裝置示意圖。
[0038]圖2是本發(fā)明的高速滾珠絲杠副雙螺母預(yù)緊力控制裝置溫度控制示意圖。
[0039]圖3是本發(fā)明的機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)內(nèi)置傳感器進(jìn)行絲杠螺母預(yù)緊力變化狀態(tài)監(jiān)測示意圖。
[0040]圖中，101.電機(jī)，102.聯(lián)軸器，103.前端軸承，104.工作臺，105.導(dǎo)軌滑塊，106.導(dǎo)軌，107.后端軸承，1.絲杠，108.數(shù)據(jù)采集卡，109.絲杠螺母預(yù)緊力檢測、調(diào)整系統(tǒng)，110.光柵尺，111.光柵尺讀頭，112.信號線，113.編碼器，114.數(shù)控系統(tǒng)，10.計(jì)算機(jī)。
[0041]圖中，1.絲杠，2.扇形空腔，3.微調(diào)螺桿，4.工型件，5.數(shù)據(jù)采集、處理模塊，6.連接螺栓，7.壓力傳感器，8.螺母預(yù)緊端，9.螺母，10.計(jì)算機(jī)，11.RS-232通訊線，12.溫度控制系統(tǒng)，13.液體流出管道，14.液體流入管道，15.1號空腔出液口，16.2號空腔出液口，17.3號空腔出液口，18.1號空腔進(jìn)液口，19.3號空腔進(jìn)液口，20.2號空腔出液口。
【具體實(shí)施方式】
[0042]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但并不作為對發(fā)明做任何限制的依據(jù)。
[0043]本發(fā)明提供了一種高速滾珠絲杠副雙螺母預(yù)緊力控制裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括一絲杠I，以及分別設(shè)在絲杠I上的一對螺母9，一對螺母9外周分布有與溫度控制系統(tǒng)12相連的扇形空腔2;—對螺母內(nèi)端分別設(shè)有螺母預(yù)緊端8，一對螺母預(yù)緊端8之間設(shè)有工型件4，工型件4上設(shè)有調(diào)節(jié)一對螺母預(yù)緊端8預(yù)緊力的微調(diào)螺桿3;在一對螺母預(yù)緊端8與工型件4之間設(shè)有壓力傳感器7，壓力傳感器7與采集處理模塊5相連，采集處理模塊5通過RS-232通訊線11連接至計(jì)算機(jī)10，溫度控制系統(tǒng)12與計(jì)算機(jī)10連接，通過調(diào)節(jié)扇形空腔2的溫度和調(diào)節(jié)微調(diào)螺桿3對螺母預(yù)緊端8的預(yù)緊力，實(shí)現(xiàn)對絲杠雙螺母預(yù)緊力的控制。
[0044]其中，工型件4包括一中空的圓柱體，在中空的圓柱體上下端設(shè)有上下邊緣，沿上下邊緣軸向兩端分別設(shè)有螺母預(yù)緊端8的安裝槽，以及微調(diào)螺桿3的調(diào)節(jié)孔，微調(diào)螺桿3貫穿螺母預(yù)緊端8與調(diào)節(jié)孔相接;沿上下邊緣徑向設(shè)有連接螺栓6安裝孔，通過連接螺栓6將工型件4固定在工作臺上。工型件4中空的圓柱體上設(shè)有固定壓力傳感器7的定位凹槽。
[0045]如圖2所示，扇形空腔2為三個呈100°分布的扇形體，相鄰空腔間隔20°，扇形空腔中灌注有液體，兩個螺母外周的扇形空腔分別與溫度控制系統(tǒng)12相連通;其中，一端螺母外周上的三個扇形體上分別設(shè)有I號空腔出液口 15、2號空腔出液口 16和3號空腔出液口 17，通過液體流出管道13連通溫度控制系統(tǒng)12，溫度控制系統(tǒng)12通過液體流入管道14連通至另一端螺母外周上的三個扇形體上分別設(shè)有I號空腔進(jìn)液口 18、2號空腔出液口 20和3號空腔進(jìn)液口 19，溫度控制系統(tǒng)12與計(jì)算機(jī)10相連，向扇形空腔注入相同溫度的液體，通過控制液體流速來控制螺母溫度。其中，每個扇形空腔2中心對應(yīng)到相應(yīng)的壓力傳感器7中心，每個扇形空腔溫度變化可以控制相應(yīng)方位上的預(yù)緊力，使相應(yīng)方位壓力傳感器的值發(fā)生變化。由絲杠1、一對螺母9、扇形空腔2、工型件4、微調(diào)螺桿3和壓力傳感器7與采集處理模塊5構(gòu)成的預(yù)緊力檢測單元與溫度控制系統(tǒng)12通過計(jì)算機(jī)10實(shí)現(xiàn)閉環(huán)連接。
[0046]本發(fā)明裝配時，先將含有雙螺母9之一的絲杠I與工型件4相套接，然后另一螺母9套在工型件4另一端的絲杠I上，一對螺母9螺母預(yù)緊端8相向連接到工型件4的上下邊緣的安裝槽中，將微調(diào)螺桿3貫穿螺母預(yù)緊端8旋入微調(diào)螺桿3的調(diào)節(jié)孔中，通過微調(diào)螺桿3對螺母預(yù)緊端8施力，將力傳遞到一對螺母預(yù)緊端8上，實(shí)現(xiàn)對一對螺母初始預(yù)緊力大小的調(diào)節(jié)。在一對螺母外周壁上設(shè)置扇形空腔2;再將六個壓力傳感器7設(shè)在一對螺母預(yù)緊端8之間的工型件4定位凹槽中，六個壓力傳感器7分別連接到采集處理模塊5，采集處理模塊5連接至計(jì)算機(jī)10。同時，扇形空腔2與溫度控制系統(tǒng)12相連，溫度控制系統(tǒng)12與計(jì)算機(jī)10相連，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)連接。
[0047]本實(shí)施例給出了利用上述雙螺母預(yù)緊力控制裝置進(jìn)行檢測及調(diào)整方法，包括下述步驟:
[0048]步驟I，通過微調(diào)螺桿調(diào)節(jié)雙螺母的初始預(yù)緊力;通過壓力傳感器和采集處理模塊將采集到的雙螺母預(yù)緊端六個方位預(yù)緊力大小信息實(shí)時反饋給計(jì)算機(jī)進(jìn)行雙螺母預(yù)緊端預(yù)緊力的控制，直到各方位初始預(yù)緊力相同。
[0049]按照以下具體步驟實(shí)施:
[0050]步驟1.1，將六個壓力傳感器分為2組，呈120°均勻分布在一對螺母預(yù)緊端之間的工型件定位凹槽中，確保每個壓力傳感器中心與螺母表面扇形空腔中心在一條軸線上，兩組壓力傳感器依次對應(yīng)分布在工型件兩側(cè)；
[0051]步驟1.2，根據(jù)設(shè)定預(yù)緊力要求，手動調(diào)整微調(diào)螺桿，壓力傳感器的數(shù)據(jù)經(jīng)采集處理模塊傳遞給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)實(shí)時顯示各方位壓力傳感器數(shù)值；
[0052]步驟1.3，判斷各方位初始預(yù)緊力是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，如未達(dá)標(biāo)，繼續(xù)微調(diào)微調(diào)螺桿，直至計(jì)算機(jī)檢測顯示達(dá)到預(yù)緊力標(biāo)準(zhǔn)。
[0053]步驟2，絲杠螺母運(yùn)動過程中，通過各方位壓力傳感器7獲取分布在螺母預(yù)緊端8與工型件4之間的預(yù)緊力變化信息，通過采集處理模塊5將預(yù)緊力變化信息傳遞給計(jì)算機(jī)10，間隔時間A t，計(jì)算t時刻各方位預(yù)緊力Ft與初始預(yù)緊力Fo的差值Δ Fl=Ft-Fo;
[0054]步驟3，設(shè)定初始預(yù)緊力波動范圍為ΔF，如果I AFl I >AF，計(jì)算機(jī)10控制溫度控制系統(tǒng)12在△ t時間內(nèi)使溫度為T的液體以流速V1流入扇形空腔2，計(jì)算機(jī)獲取t+ Δ t時刻數(shù)據(jù)處理模塊傳遞的各方位預(yù)緊力值，計(jì)算t+At時刻溫度控制的各方位預(yù)緊力Ftut與初始預(yù)緊力Fo的差值Λ F2 = Ft^t-F0;
[0055]步驟4，如果IAF2 I > AF，計(jì)算機(jī)10控制溫度控制系統(tǒng)12在At時間內(nèi)使溫度為T的液體以流速V2流入扇形空腔2，V2>VI，計(jì)算機(jī)獲取t+2 Δ t時刻數(shù)據(jù)處理模塊傳遞的各方位預(yù)緊力值，計(jì)算t+2 At時刻溫度控制的各方位預(yù)緊力Fwt與初始預(yù)緊力Fo的差值A(chǔ)F3 =
Ft+2At_Fo ；
[0056]步驟5，如果I AF(i) I > AF，3彡i〈n，計(jì)算機(jī)10控制溫度控制系統(tǒng)12在At時間內(nèi)使溫度為T的液體分別以流速V3、V4......Vn-1流入扇形空腔2，Vn-1......>V4>V3>V2,計(jì)算機(jī)分別獲取t+i Δ t時刻數(shù)據(jù)處理模塊傳遞的各方位預(yù)緊力值，計(jì)算t+i Δ t時刻溫度控制的各方位預(yù)緊力Ft+iM與初始預(yù)緊力Fo的差值Δ F(i+1) =Ft+iAt-Fo, 1 = 3,4……n_l;
[0057]步驟6，如果I AF(i + l) I > Δ F，重復(fù)步驟5，如果Δ F( i+Ι) |彡Δ F，計(jì)算機(jī)10控制溫度控制系統(tǒng)12在時間△ t內(nèi)使溫度為T的液體以流速Vi流入扇形空腔2，計(jì)算機(jī)獲取t+(i+
I)A t時刻數(shù)據(jù)處理模塊傳遞的各方位預(yù)緊力值，計(jì)算t+(i+1) △ t時刻各方位預(yù)緊力與初始預(yù)緊力Fo的差值 AF(i+2)=Ft+(i+1)At-F()，i = 3、4……η-1 ；
[0058]步驟7，重復(fù)步驟6，調(diào)整各方位預(yù)緊力保持一定初始預(yù)緊力波動范圍AF內(nèi)。
[0059]如圖3所示，本實(shí)施例給出了一種利用雙螺母預(yù)緊力控制裝置進(jìn)行預(yù)緊力變化狀態(tài)監(jiān)測的系統(tǒng)，包括設(shè)在工作臺104上的雙螺母預(yù)緊力控制裝置109，工作臺104通過導(dǎo)軌滑塊105安裝在導(dǎo)軌106上，絲杠I貫穿于雙螺母預(yù)緊力控制裝置109中，絲杠I一端連接電機(jī)101，電機(jī)101上裝有聯(lián)軸器102;絲杠I的前后端分別裝有前端軸承103和后端軸承107;電機(jī)101上設(shè)有與數(shù)控系統(tǒng)114相連的編碼器113，數(shù)控系統(tǒng)114上連接有光柵尺讀頭111，光柵尺讀頭111與工作臺104上的光柵尺110通過信號線112相連，數(shù)控系統(tǒng)114的外接數(shù)據(jù)采集卡108與計(jì)算機(jī)10相連，計(jì)算機(jī)10通過辨識不同預(yù)緊力狀態(tài)下絲杠螺母的振動信號，實(shí)現(xiàn)絲杠螺母預(yù)緊力變化狀態(tài)監(jiān)測。
[0060]本實(shí)施例給出了利用上述雙螺母預(yù)緊力控制裝置進(jìn)行預(yù)緊力變化狀態(tài)監(jiān)測的方法，包括下述步驟:
[0061]步驟I，通過微調(diào)螺桿3調(diào)整螺母與工型件4之間的不同初始預(yù)緊力，各方位壓力傳感器7將實(shí)時獲取的螺母預(yù)緊端8預(yù)緊力變化信息，經(jīng)采集處理模塊5傳遞給計(jì)算機(jī)10，雙螺母預(yù)緊力控制裝置109進(jìn)行不同預(yù)緊力控制；
[0062]步驟2，電機(jī)編碼器113將獲取的電機(jī)輸出位置信息與光柵尺讀頭111讀取的工作臺104位置信息經(jīng)數(shù)控系統(tǒng)114的外置數(shù)據(jù)采集卡108傳遞給計(jì)算機(jī)10;
[0063]步驟3，計(jì)算機(jī)分析獲取的雙螺母預(yù)緊力控制裝置109調(diào)節(jié)的不同預(yù)緊力狀態(tài)信息與電機(jī)輸出位置信息和工作臺104的位置信息之間的關(guān)系，辨識不同預(yù)緊力狀態(tài)下絲杠螺母的振動信號，實(shí)現(xiàn)絲杠螺母預(yù)緊力變化狀態(tài)監(jiān)測。
[0064]本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，在本發(fā)明公開的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)所公開的技術(shù)內(nèi)容，不需要創(chuàng)造性的勞動就可以對其中的一些技術(shù)特征作出一些替換和變形，這些替換和變形均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高速滾珠絲杠副雙螺母預(yù)緊力控制裝置，其特征在于，包括一絲杠(I)，以及分別設(shè)在絲杠(I)上的一對螺母(9)，一對螺母(9)外周分布有與溫度控制系統(tǒng)(12)相連的扇形空腔(2);—對螺母內(nèi)端分別設(shè)有螺母預(yù)緊端(8)，一對螺母預(yù)緊端(8)之間設(shè)有工型件(4)，工型件(4)上設(shè)有調(diào)節(jié)一對螺母預(yù)緊端(8)預(yù)緊力的微調(diào)螺桿(3);在一對螺母預(yù)緊端(8)與工型件(4)之間設(shè)有壓力傳感器(7)，壓力傳感器(7)與采集處理模塊(5)相連，采集處理模塊(5)和溫度控制系統(tǒng)(12)連接至計(jì)算機(jī)(10)，通過調(diào)節(jié)扇形空腔(2)的溫度和調(diào)節(jié)微調(diào)螺桿(3)對螺母預(yù)緊端(8)的預(yù)緊力，實(shí)現(xiàn)對絲杠雙螺母預(yù)緊力的控制。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速滾珠絲杠副雙螺母預(yù)緊力控制裝置，其特征在于，所述工型件(4)包括一中空的圓柱體，在中空的圓柱體上下端設(shè)有上下邊緣，沿上下邊緣軸向兩端分別設(shè)有螺母預(yù)緊端(8)的安裝槽，以及微調(diào)螺桿(3)的調(diào)節(jié)孔，微調(diào)螺桿(3)貫穿螺母預(yù)緊端(8)與調(diào)節(jié)孔相接;沿上下邊緣徑向設(shè)有連接螺栓(6)安裝孔，通過連接螺栓(6)將工型件(4)固定在工作臺上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速滾珠絲杠副雙螺母預(yù)緊力控制裝置，其特征在于，所述工型件(4)中空的圓柱體上設(shè)有固定壓力傳感器(7)的定位凹槽。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速滾珠絲杠副雙螺母預(yù)緊力控制裝置，其特征在于，所述扇形空腔(2)為三個呈100°分布的扇形體，相鄰空腔間隔20°，扇形空腔中灌注有液體，扇形空腔分別與溫度控制系統(tǒng)(12)相連通。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高速滾珠絲杠副雙螺母預(yù)緊力控制裝置，其特征在于，每個扇形空腔(2)中心對應(yīng)到相應(yīng)的壓力傳感器(7)中心。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高速滾珠絲杠副雙螺母預(yù)緊力控制裝置，其特征在于，由絲杠(I)、一對螺母(9)、扇形空腔(2)、工型件(4)、微調(diào)螺桿(3)和壓力傳感器(7)與采集處理模塊(5)構(gòu)成的預(yù)緊力檢測單元與溫度控制系統(tǒng)(12)通過計(jì)算機(jī)(10)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)連接。7.—種利用雙螺母預(yù)緊力控制裝置進(jìn)行不均勻預(yù)緊力實(shí)時檢測及調(diào)整方法，其特征在于，包括下述步驟: 步驟I，通過微調(diào)螺桿(3)調(diào)節(jié)雙螺母的初始預(yù)緊力;通過壓力傳感器(7)和采集處理模塊(5)將采集到的雙螺母預(yù)緊端(8)各方位預(yù)緊力大小信息實(shí)時反饋給計(jì)算機(jī)(10)進(jìn)行雙螺母預(yù)緊端(8)預(yù)緊力的控制，直到各方位初始預(yù)緊力相同； 步驟2，絲杠螺母運(yùn)動過程中，通過各方位壓力傳感器(7)獲取分布在螺母預(yù)緊端(8)與工型件(4)之間的預(yù)緊力變化信息，通過采集處理模塊(5)將預(yù)緊力變化信息傳遞給計(jì)算機(jī)(10)，間隔時間Δ t，計(jì)算t時刻各方位預(yù)緊力Ft與初始預(yù)緊力Fo的差值Δ Fl=Ft-Fo; 步驟3，設(shè)定初始預(yù)緊力波動范圍為AF，如果I AFl I >AF，計(jì)算機(jī)(10)控制溫度控制系統(tǒng)(12)在△ t時間內(nèi)使溫度為T的液體以流速V1流入扇形空腔(2)，計(jì)算機(jī)獲取t+Δ t時刻數(shù)據(jù)處理模塊傳遞的各方位預(yù)緊力值，計(jì)算t+At時刻溫度控制的各方位預(yù)緊力Ftut與初始預(yù)緊力Fo的差值Λ F2 = Ft^t-F0; 步驟4，如果I Δ F2 I > Δ F，計(jì)算機(jī)(10)控制溫度控制系統(tǒng)(12)在Δ t時間內(nèi)使溫度為T的液體以流速V2流入扇形空腔(2)，V2>V1，計(jì)算機(jī)獲取t+2 Δ t時刻數(shù)據(jù)處理模塊傳遞的各方位預(yù)緊力值，計(jì)算t+2 At時刻溫度控制的各方位預(yù)緊力Fwt與初始預(yù)緊力Fo的差值A(chǔ)F3= Ft+2At_Fo ； 步驟5，如果I AF(i) I > AF，3<i〈n，計(jì)算機(jī)(10)控制溫度控制系統(tǒng)(12)在At時間內(nèi)使溫度為T的液體分別以流速V3、V4......Vn-1流入扇形空腔(2 )，Vn-1......>V4>V3>V2,計(jì)算機(jī)分別獲取t+i Δ t時刻數(shù)據(jù)處理模塊傳遞的各方位預(yù)緊力值，計(jì)算t+i Δ t時刻溫度控制的各方位預(yù)緊力Ft+iM與初始預(yù)緊力Fo的差值Δ F(i+1) =Ft+iAt-Fo, 1 = 3,4……n_l; 步驟6，如果I AF(i + l) I > Δ F，重復(fù)步驟5，如果I AF(i + l) I彡AF，計(jì)算機(jī)(10)控制溫度控制系統(tǒng)(12)在時間△ t內(nèi)使溫度為T的液體以流速Vi流入扇形空腔(2)，計(jì)算機(jī)獲取t+(i+1) A t時刻數(shù)據(jù)處理模塊傳遞的各方位預(yù)緊力值，計(jì)算t+(i+l) Δ t時刻各方位預(yù)緊力與初始預(yù)緊力Fo的差值 AF(i+2)=Ft+(i+1)At-F()，i = 3、4……η-1 ； 步驟7，重復(fù)步驟6，調(diào)整各方位預(yù)緊力保持一定初始預(yù)緊力波動范圍△ F內(nèi)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用雙螺母預(yù)緊力控制裝置進(jìn)行不均勻預(yù)緊力實(shí)時檢測及調(diào)整方法，其特征在于，所述步驟I中，通過微調(diào)螺桿調(diào)節(jié)雙螺母初始預(yù)緊力，按照以下具體步驟實(shí)施: 步驟1.1，將各壓力傳感器(7)分為2組，各組呈120°均勻分布在一對螺母預(yù)緊端(8)之間的工型件(4)定位凹槽中，確保每個壓力傳感器(7)中心與螺母表面扇形空腔(2)中心在一條軸線上，兩組壓力傳感器依次對應(yīng)分布在工型件(4)兩側(cè)； 步驟1.2，根據(jù)設(shè)定預(yù)緊力要求，手動調(diào)整微調(diào)螺桿(3)，壓力傳感器(7)的數(shù)據(jù)經(jīng)采集處理模塊(5)傳遞給計(jì)算機(jī)(10)，計(jì)算機(jī)(10)實(shí)時顯示各方位壓力傳感器(7)的數(shù)值； 步驟1.3，判斷各方位初始預(yù)緊力是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，如未達(dá)標(biāo)，繼續(xù)微調(diào)微調(diào)螺桿，直至計(jì)算機(jī)檢測顯示達(dá)到預(yù)緊力標(biāo)準(zhǔn)。9.一種利用雙螺母預(yù)緊力控制裝置進(jìn)行預(yù)緊力變化狀態(tài)監(jiān)測的系統(tǒng)，其特征在于，包括設(shè)在工作臺(104)上的雙螺母預(yù)緊力控制裝置(109)，工作臺(104)通過導(dǎo)軌滑塊(105)安裝在導(dǎo)軌(106)上，絲杠(I)貫穿于雙螺母預(yù)緊力控制裝置(109)中，絲杠(I)一端連接電機(jī)(101)，電機(jī)(101)上設(shè)有與數(shù)控系統(tǒng)(114)相連的編碼器(113)，數(shù)控系統(tǒng)(114)上連接有光柵尺讀頭(111)，光柵尺讀頭(111)與工作臺(104)上的光柵尺(110)相連，數(shù)控系統(tǒng)(114)的外接數(shù)據(jù)采集卡(108)與計(jì)算機(jī)(10)相連，計(jì)算機(jī)(10)通過辨識不同預(yù)緊力狀態(tài)下絲杠螺母的振動信號，實(shí)現(xiàn)絲杠螺母預(yù)緊力變化狀態(tài)監(jiān)測。10.—種利用雙螺母預(yù)緊力控制裝置進(jìn)行預(yù)緊力變化狀態(tài)監(jiān)測的方法，其特征在于，包括下述步驟: 步驟I，通過微調(diào)螺桿(3)調(diào)整螺母與工型件(4)之間的不同初始預(yù)緊力，各方位壓力傳感器(7)將實(shí)時獲取的螺母預(yù)緊端(8)預(yù)緊力變化信息，經(jīng)采集處理模塊(5)傳遞給計(jì)算機(jī)(10)； 步驟2，電機(jī)編碼器(113)將獲取的電機(jī)輸出位置信息與光柵尺讀頭(111)讀取的工作臺(104)位置信息經(jīng)數(shù)控系統(tǒng)(114)的外接數(shù)據(jù)采集卡(108)傳遞給計(jì)算機(jī)； 步驟3，計(jì)算機(jī)分析獲取的雙螺母預(yù)緊力控制裝置(109)調(diào)節(jié)的不同預(yù)緊力狀態(tài)信息與電機(jī)輸出位置信息和工作臺(104)的位置信息之間的關(guān)系，辨識不同預(yù)緊力狀態(tài)下絲杠螺母的振動信號，實(shí)現(xiàn)絲杠螺母預(yù)緊力變化狀態(tài)監(jiān)測。
【文檔編號】G01M13/02GK105910816SQ201610292834
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月5日
【發(fā)明人】梅雪松, 惠陽, 耿濤, 郭世杰, 胡珂
【申請人】西安交通大學(xué)