滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)抗熱變形措施

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，對(duì)機(jī)床的精度要求越來(lái)越高，誤差及其補(bǔ)償技術(shù)的研究已引起人們的廣泛關(guān)注。人們的關(guān)注。在研究中投入了大量的工作，并取得了一定的成果。其中，關(guān)于滾珠絲杠變形誤差的研究越來(lái)越多。例如，國(guó)防科技大學(xué)蘇世平博士在博士論文中對(duì)滾珠絲杠的進(jìn)給系統(tǒng)和滾珠絲杠的微觀特性進(jìn)行了深入細(xì)致的研究。文獻(xiàn)等國(guó)外學(xué)者對(duì)滾珠絲杠的高精度、變形、誤差控制和跟蹤等問(wèn)題進(jìn)行了大量研究。隨著滾珠絲杠副應(yīng)用的普及和人們對(duì)高精度要求的提高，將帶動(dòng)越來(lái)越多的學(xué)者進(jìn)行深入研究。

發(fā)熱是導(dǎo)致滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)變形的主要因素，同時(shí)也是影響滾珠絲杠副定位精度和機(jī)床加工精度的主要因素。因此，找出抵抗熱變形的措施，對(duì)提高進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度和機(jī)床的加工精度具有重要意義。抵抗熱變形的措施有很多，但各有優(yōu)缺點(diǎn)，選擇時(shí)一定要慎重。

1、抑制發(fā)熱

①滾珠絲杠和螺母的預(yù)緊力不要過(guò)大。

預(yù)壓是預(yù)先對(duì)滾珠絲杠副施加軸向載荷。目的是消除滾珠絲杠副的軸向游隙，提高滾珠絲杠副的軸向接觸剛度，但預(yù)緊力過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱量增加，壽命減少。同時(shí)，熱量引起的熱變形會(huì)嚴(yán)重影響滾珠絲杠副的定位精度和機(jī)床的加工精度。

②采用大導(dǎo)程滾珠絲杠，降低滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速。

目的是在不改變進(jìn)給速度的情況下降低轉(zhuǎn)速，從而減少發(fā)熱。當(dāng)導(dǎo)程過(guò)大時(shí)，增加了滾珠絲杠副的制造難度，降低了滾珠絲杠副的承載能力和效率，難以提高精度，增加了伺服電機(jī)的啟動(dòng)扭矩。

2、強(qiáng)制冷卻

①使用空心滾珠絲杠軸，倒入冷卻液

使用“空心強(qiáng)制冷卻”技術(shù)，即恒溫切削液通入空心孔內(nèi)螺絲冷卻球，迫使絲杠冷卻以保持滾珠絲杠副的溫度恒定。它不僅可以減輕絲杠的重量和慣性，還可以提高絲杠的速度，提高快速進(jìn)給速度和加速能力，減少熱沖擊。這里有兩個(gè)難點(diǎn)，一是難以保證切削液的恒溫，二是旋轉(zhuǎn)在絲杠和冷卻劑輸送裝置之間需要一個(gè)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換裝置。它不僅增加了滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)的復(fù)雜性，而且降低了滾珠絲杠的軸向剛度。

②用潤(rùn)滑油和空氣冷卻滾珠絲杠的周邊。

目的是及時(shí)帶走滾珠絲杠及其周圍的熱量，避免絲杠溫升。如果使用空氣，在不影響滾珠絲杠副的前提下，只需要加快滾珠絲杠副周圍的空氣流動(dòng)，既增加了對(duì)流傳熱系數(shù)，又達(dá)到了很好的冷卻效果.

3、避免溫升的影響

①預(yù)拉伸滾珠絲杠安裝

目的是補(bǔ)償滾珠絲杠的熱膨脹，消除軸承的軸向游隙。但過(guò)大的軸向預(yù)緊力會(huì)促使軸承發(fā)熱，降低軸承的承載能力，影響軸承的使用壽命。由于滾珠絲杠在運(yùn)行過(guò)程中在螺母運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)會(huì)產(chǎn)生局部熱量，而絲杠軸承所提供的軸向力最多只能在絲杠中產(chǎn)生均勻的應(yīng)力和單位伸長(zhǎng)率，因此預(yù)緊絲杠補(bǔ)償熱膨脹是不可能的。

②將基準(zhǔn)移動(dòng)量的目標(biāo)值設(shè)為負(fù)值

以補(bǔ)償熱膨脹和應(yīng)力引起的變形，但這種方法也存在一定的弊端，因?yàn)槿戥h(huán)境溫度的差異以及工作過(guò)程中滾珠絲杠在螺母運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的局部發(fā)熱。

4、儀器檢測(cè)補(bǔ)償

通過(guò)測(cè)量螺母的實(shí)際位置直接補(bǔ)償螺母的位置誤差，稱為直接補(bǔ)償法。這種方法需要一個(gè)精確的位置測(cè)量系統(tǒng)，如激光干涉儀、線性光柵尺等。然而，這些系統(tǒng)非常昂貴，而且對(duì)外部條件的變化過(guò)于敏感，如振動(dòng)、環(huán)境溫度的變化等。

還有一些其他的方法，如按時(shí)加入適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑劑，待溫度穩(wěn)定后再加工零件，使用導(dǎo)熱系數(shù)低的滾珠絲杠等。

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