滾珠絲杠高速進(jìn)給的熱特性

 滾珠絲杠副作為高速進(jìn)給傳動系統(tǒng)的主要執(zhí)行元件，其動態(tài)性能和熱性能對高速進(jìn)給系統(tǒng)的性能影響很大。特征，由于轉(zhuǎn)速的提高，滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)中的接觸區(qū)域（絲杠螺母、軸承等）會產(chǎn)生大量熱量，而這些熱量不能及時(shí)散去，會使?jié)L珠絲杠的溫度升高并造成滾珠絲杠桿的熱變形，降低機(jī)床的加工精度。了解高速運(yùn)轉(zhuǎn)條件下滾珠絲杠副的動態(tài)性能和熱特性，對于提高機(jī)床的加工精度具有重要意義。

 在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，滾珠絲杠副最明顯的表現(xiàn)是摩擦引起的絲杠和螺母的溫升效應(yīng)。在機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高速滾珠絲杠性能試驗(yàn)規(guī)范》中，將滾珠絲杠的溫升指標(biāo)列入規(guī)定的考核項(xiàng)目。滾珠絲杠溫度特性的在線測量可分為接觸式測量和非接觸式測量兩種。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了基本實(shí)驗(yàn)條件。滾珠絲杠和滾珠螺母的軸向相對位移加速度不小于1g，相對位移速度大于等于50m/min或DN值大于等于120000速度條件下，模擬臺沿軸連續(xù)驅(qū)動。往復(fù)運(yùn)動時(shí)，溫度測試點(diǎn)應(yīng)距兩端支撐點(diǎn)不小于200mm，如果使用接觸式溫度傳感器測溫，允許在滾珠絲杠停止后進(jìn)行測溫，但應(yīng)保持測量5s以上。

 滾珠絲杠副發(fā)熱引起的定位誤差是絲杠定位誤差的主要來源。在簡化情況下，滾珠絲杠螺母的剛度和摩擦扭矩與預(yù)緊力成正比，由于滾珠絲杠螺母頻繁且連續(xù)的復(fù)雜運(yùn)動，系統(tǒng)中最大的摩擦力通常由滾珠絲杠螺母產(chǎn)生。滾珠絲杠螺母中除了滾珠的滾動運(yùn)動外，還有滑動，球之間的相互擠壓和推動使球不時(shí)滑動。當(dāng)沒有滾珠保持架時(shí)，滾珠之間的摩擦導(dǎo)致溫度升高，溫度升高帶來熱變形，從而影響滾珠絲杠定位精度。因此，在高速滾珠絲杠的動態(tài)性能測試中，熱誤差是反映滾珠絲杠優(yōu)劣的重要參數(shù)，必須進(jìn)行檢測，而熱位移是反映滾珠絲杠熱變形的直接指標(biāo)，溫度變化引起的。

 滾珠絲杠副的加減速特性在一定程度上是衡量高速滾珠絲杠性能的重要指標(biāo)。機(jī)床加速度的不斷提高，也對滾珠絲杠系統(tǒng)的加減速特性提出了更高的要求。為了確定滾珠絲杠副的加減速特性對整個系統(tǒng)運(yùn)動特性的影響，需要記錄滾珠絲杠性能檢測過程中的加速度變化過程。

 在滾珠絲杠的動態(tài)性能測試中，環(huán)境對測試結(jié)果的影響很大，如濕度、溫度等，高速滾珠絲杠的檢測必須在特定的工作環(huán)境中進(jìn)行，所以表明檢測到的指標(biāo)是可行的，濕度的變化對激光干涉儀也有影響。如果空氣濕度過大，激光干涉儀會模糊不清，造成定位精度的檢測誤差。同時(shí)，在空心滾珠絲杠高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，冷卻油的流量檢測也是一項(xiàng)重要指標(biāo)。

 為了更好地實(shí)時(shí)控制滾珠絲杠的溫升，需要進(jìn)一步建立空心絲杠的冷卻介質(zhì)流量、滾珠絲杠螺母的氣體流量和熱變形之間的數(shù)學(xué)模型的絲杠。溫度傳感器識別進(jìn)給系統(tǒng)絲杠的溫度變化，控制冷卻液和冷卻氣體的流量，間接控制滾珠絲杠的溫升，以保持絲杠的傳動剛性和運(yùn)動精度。