本發(fā)明涉及數控機床領域，特別涉及一種用于長跨距滾珠絲杠的輔助支撐裝置。

背景技術：

滾珠絲杠作為一種螺旋傳動裝置具有精密、高效、平穩(wěn)、長壽命等優(yōu)點，其可將直線運動與回轉運動相互轉換，同時還具有力的放大作用，即將小的旋轉力(力矩)放大成為大的推力，因此被廣泛應用在高檔數控機床慣。但當滾珠絲杠超過5m時(例如龍門鏜銑加工中心的x直線進給軸)，滾珠絲杠將會由于自身重力或者旋轉時較大的慣性力作用而產生較大的變形，從而導致絲杠副運動時產生明顯的抖動和噪聲，不僅會縮短支撐軸承和絲杠本身的使用壽命，而且還會降低機床運動精度和加工精度，影響機床的使用。

如圖1所示，一般的斜面壓板的傾角為α，壓板斜面觸碰第二滾輪時總會產生一定的沖擊，沖擊主要發(fā)生在滾輪與壓板斜面即將接觸和脫離接觸時的瞬間。設壓板隨絲杠螺母做直線運動的方向為x，壓板的運動速度為d米/分鐘，滾輪的運動方向為z，假設滾輪的壓縮行程為a毫米，滾輪和壓板在t1時刻開始接觸，此時壓板運動到位置x1處，滾輪在z向的位移為0；在t2時刻壓板運動到位置x2處，此時滾輪被壓縮到極限位置，即滾輪在z向的位移為a；在t3時刻滾輪開始釋放，并與壓板的斜面開始接觸，此時壓板運動到位置x3處；在t4時刻滾輪開始脫離壓板，此時壓板運動到位置x4處，滾輪在z向的位移恢復為零。滾輪相對于壓板在x向的運動可用如下方程表示：

z＝(1000/60)×d×t

滾輪相對于壓板在z向的運動可用如下方程表示：

聯(lián)立上面兩式即可得到斜面壓板的軌跡方程。上式滾輪相對于壓板在z向的運動對t分別求一次和二次導數，可得滾輪相對于壓板在z向運動的速度和加速度方程為：

將上述滾輪相對于壓板在z向的運動位移、速度、加速度繪制成曲線如圖2所示，可以看出在t1、t2、t3、t4時刻z不可導，即位移連續(xù)，速度有突變，理論上加速度為無窮大，產生無窮大的慣性力，機構將產生極大的沖擊，此沖擊即為剛性沖擊。為減小或消除沖擊，需要尋求新的方法來對壓板進行設計。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術中存在的沖擊問題，本發(fā)明提供一種無沖擊滾珠絲杠輔助支撐裝置，所述滾珠絲杠具有設置在絲杠螺母上且跟隨所述絲杠螺母同步直線運動的移動部件，其特征在于，包括：

設置于所述移動部件底面上的曲面壓板；

固定設置于機床床身上且位于所述滾珠絲杠下方的架體；

和所述架體通過彈性部件連接的連接板，以使所述連接板能夠朝向或遠離所述架體運動；

設置于所述連接板上的用于從所述滾珠絲杠下方對其進行支撐的第一滾輪；

設置于所述連接板上的第二滾輪，所述曲面壓板和所述第二滾輪具有非接觸狀態(tài)和接觸狀態(tài)：

當二者處于非接觸狀態(tài)時，所述彈性部件處于舒張狀態(tài)，所述第一滾輪和所述滾珠絲杠相互接觸，以支撐所述滾珠絲杠；

當二者處于接觸狀態(tài)時，所述彈性部件處于壓縮狀態(tài)，所述第二滾輪在二者相互接觸的過程中始終無速度的突變，也無加速度的突變，所述第一滾輪未和所述絲杠螺母相互接觸。

本發(fā)明在連接板與架體之間設置有彈性部件，一般工作狀態(tài)下，在彈簧回復力的作用下使得固定在連接板上的第一滾輪和滾珠絲杠充分接觸，起到輔助支撐的作用。當絲杠螺母即將通過輔助支撐裝置時，第二滾輪在曲面壓板的作用下連同連接板和第一滾輪一起向著遠離絲杠的方向運動，彈性部件被壓縮，第一滾輪脫離與滾珠絲杠，使絲杠螺母順利、平穩(wěn)地通過輔助支撐裝置。絲杠螺母通過輔助支撐裝置之后，第二滾輪沿曲面壓板逐漸恢復至初始狀態(tài)，彈性部件逐漸恢復至舒張狀態(tài)，使得第一滾輪重新恢復對絲杠支撐。第二滾輪和曲面壓板的接觸過程中始終無速度的突變(無剛性沖擊)，也無加速度的突變(無柔性沖擊)。

在本發(fā)明的一些實施方式中，所述曲面壓板和所述第二滾輪由非接觸狀態(tài)進入接觸狀態(tài)或者由接觸狀態(tài)進入非接觸狀態(tài)時，所述第一滾輪在朝向或遠離所述架體方向的運動速度和加速度均無突變。

在本發(fā)明的一些實施方式中，所述第一滾輪的旋轉方向和所述滾珠絲杠的旋轉方向相反；所述第二滾輪的旋轉方向和所述絲杠螺母的移動方向相同。

在本發(fā)明的一些實施方式中，所述架體包括底板和豎直設置在所述底板上的導向柱；所述彈性部件的一部分套設于所述導向柱上，其另一部分和所述連接板固定連接。

本實施方式中的彈性部件可以采用彈簧，以實現(xiàn)的機械式滾珠絲杠輔助支撐裝置，無需電氣、液壓或氣動控制，且可通過增加調整墊實現(xiàn)彈簧壓縮力大小的靈活調節(jié)。

在本發(fā)明的一些實施方式中，所述導向柱至少具有兩個，且對稱地分布在所述底板上；所述第一滾輪具有兩個，當所述第一滾輪和所述滾珠絲杠相互接觸時，其對稱的分布于所述滾珠絲杠的左下側和右下側；所述第二滾輪具有兩個，其對稱地布置于所述連接板的兩端。

在本發(fā)明的一些實施方式中，所述第二滾輪的壓縮行程為a毫米；所述曲面壓板沿運動方向的長度為b毫米、運動速度為d米/分鐘，則所述第二滾輪沿所述曲面壓板的運動時間為t＝(60×b)/(1000×d)秒；根據邊界條件(1)t＝0時，z＝0，(2)t＝t時，z＝a，(3)滾輪沿x向為勻速直線運動x＝(1000×d×t)/60，其中，z表示所述第二滾輪的位移；表示所述第二滾輪的運動速度；表示所述第二滾輪的運動加速度；

則所述曲面壓板的工作曲面滿足軌跡方程：

z＝6a×b^-5×x⁵-15a×b^-4×x⁴+10a×b^-3×x³。

本實施方式借鑒凸輪設計原理，根據無沖擊時位移、速度、加速度的約束條件求出壓板的曲面方程。

在本發(fā)明的一些實施方式中，所述第二滾輪的中心點在曲面壓板的理論軌跡線上，坐標為p(x，z)、半徑為r，所述曲面壓板的工作曲面上對應點的坐標為p’(x’，z’)，則所述曲面壓板的工作曲面滿足下列關系：

本實施方式采用解析法得到壓板曲面方程。

附圖說明

圖1為一般斜面壓板運動關系示意圖；

圖2為一般斜面壓板滾珠絲杠輔助支撐裝置運動的位移、速度、加速度曲線圖；

圖3為本發(fā)明一實施方式中提供無沖擊滾珠絲杠輔助支撐裝置的結構示意圖；

圖4為曲面壓板的結構示意圖；

圖5為第二滾輪沿z向運動的位移z、速度和加速度曲線圖。

具體實施方式

為了使發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面結合附圖和具體實施例對發(fā)明作進一步詳細的說明。雖然附圖中顯示了本公開示例性實施例，然而應當理解，可以以各種形式實現(xiàn)本發(fā)明而不應被這里闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹的理解本發(fā)明，并且能夠將本發(fā)明的范圍完整的傳達給本領域的技術人員。

如圖3所示，本發(fā)明一實施方式提供的無沖擊滾珠絲杠輔助支撐裝置，其主要包括曲面壓板1、架體2、連接板3、彈性部件4、第一滾輪5、第二滾輪6。所述滾珠絲杠7具有設置在絲杠螺母8上且跟隨所述絲杠螺母8同步直線運動的移動部件9，即該移動部件9隨絲杠螺母8的轉動而沿著滾珠絲杠7直線運動。

曲面壓板1設置在移動部件9的底面上。架體2固定地設置于機床床身上且位于絲杠螺母8的下方。連接板3通過彈性部件4和架體2連接，以使得連接板3能夠朝向或者遠離架體2運動。第一滾輪5設置于連接板3上，其在常態(tài)下能夠從下方對滾珠絲杠7進行支撐。第二滾輪6設置于連接板3上，其可以被曲面壓板1擠壓，進而推動連接板3向下運動。

工作時，上述曲面壓板1和第二滾輪6具有非接觸狀態(tài)和接觸狀態(tài)，當二者處于非接觸狀態(tài)時，彈性部件4處于舒張狀態(tài)，第一滾輪5和滾珠絲杠7相互接觸，以實現(xiàn)對于滾珠絲杠7的支撐。當二者處于接觸狀態(tài)時，曲面壓板1壓迫第二滾輪6推動連接板3向下運動，彈性部件4處于壓縮狀態(tài)，第一滾輪5不再和滾珠絲杠7相互接觸，在此狀態(tài)下，無論第二滾輪6移動至曲面壓板1的任何位置，其對于曲面壓板1所產生的支撐力在豎直方向和水平方向上的分量均無突然變化(無突變)，即第二滾輪6在此過程中始終無速度的突變且無加速度的突變，以此克服了現(xiàn)有技術中該力的豎直分量或者水平分量的無限或者有限突變而造成的剛性沖擊或者柔性沖擊。

設所述第二滾輪6的壓縮行程為a(mm)，所述曲面壓板1沿運動方向的長度為b(mm)，運動速度為d(m/min)時，則曲面壓板1的運動時間t＝(60×b)/(1000×d)(s)，為避免剛性沖擊和柔性沖擊選用五次多項式(也可選用正弦加速度運動規(guī)律，即擺線運動規(guī)律，求解方法類似)為第二滾輪6沿z向(如圖3所示的豎直方向)的運動規(guī)律，根據邊界條件：(1)t＝0時，z＝0，(2)t＝t時，z＝a，(3)滾輪沿x向為勻速直線運動因此可求出曲面壓板1的理論軌跡方程為：

z＝6a×b^-5×x⁵-15a×b^-4×x⁴+10a×b^-3×x³

對上式進行二次求導可得第二滾輪6沿z向運動的速度和加速度，第二滾輪6沿z向運動的位移z、速度和加速度曲線如圖5所示，從中可以看出，速度在運動過程中均無突變，說明無剛性沖擊，同時加速度在運動過程中也無突變，說明亦無柔性沖擊。

第二滾輪的中心點在曲面壓板的理論軌跡線上，坐標為p(x，z)、半徑為r，所述曲面壓板的工作曲面上對應點的坐標為p’(x’，z’)，則所述曲面壓板的工作曲面滿足下列關系：

上式即為壓板工作曲面的方程，由此可得到壓板工作曲面上每個點的坐標值，如圖4所示。需要注意的是，使用數控機床加工時，刀具半徑必須小于或等于滾輪半徑r。

此外，曲面壓板1和第二滾輪6由非接觸狀態(tài)進入接觸狀態(tài)或者由接觸狀態(tài)進入非接觸狀態(tài)時，第一滾輪5在朝向或遠離架體2方向的運動速度和加速度均無突變。

在本發(fā)明的一些實施方式中，第一滾輪5的旋轉方向和滾珠絲杠7的旋轉方向相反，第二滾輪6的旋轉方向和絲杠螺母8的移動方向相同。

在本發(fā)明的一些實施方式中，架體2包括底板21和豎直設置在底板21上的導向柱22。彈性部件4采用彈簧，其一部分套設于導向柱22上，其另一部分和連接板3的底面固定連接。導向柱22至少具有兩個，且對稱地分布在底板21上。第一滾輪5具有兩個，當第一滾輪5和滾珠絲杠7相互接觸時，其對稱的分布于滾珠絲杠7的左下側和右下側。第二滾輪6具有兩個，其對稱地布置于連接板3的兩端。

最后應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制性的。盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，但本領域的普通技術人員應當理解，對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。