高速滚珠丝杠面临的问题及解决方案

高速滚珠丝杠面临的问题及解决方案

随着高速数控机床的发展，对滚珠丝杠的性能也提出了更高的要求，滚珠丝杠的传动速度v=pn（其中p为滚珠丝杠的导程，n为转速），所以提高滚珠丝杠的传动速度有两种方法：一种是提高滚珠丝杠的转速，另一种是提高滚珠丝杠的转速。另一种是使用大引线。

提高转速n通常受滚珠丝杠d·n的限制（d为滚珠丝杠的公称直径）。当n增大时，d会减小，这将导致系统刚度差，容易变形，影响加工精度。当导程p过大时，不仅滚珠丝杠的制造难度增加，定位精度难以提高，丝杠副的承载能力降低，而且伺服电机的启动扭矩也增加。因此，在具体设计中需要考虑折中，选择合适的速度和导程。

在实际应用中，滚珠丝杠高速化后，主要面临以下问题：

1）滚珠丝杠的强度和刚度。只有满足滚珠丝杠的加减速特性，高速滚珠丝杠的直线运动才有意义，在这种情况下，滚珠丝杠往往会受到很大的冲击力，否则会影响加工精度。因此，对于高速滚珠丝杠，不仅需要合理的结构设计，而且在制造过程中还需要合理安排加工工艺，消除内应力，从而提高滚珠丝杠的承载能力和刚度，满足高速驱动的要求。

2)滚珠丝杠的发热。高速滚珠丝杠后，温升是一个无法回避的问题。降低滚珠丝杠温升的方法是减少其发热或增加散热。对螺杆施加预拉伸力可以吸收一部分热量，采用空心滚珠丝杠进行强制冷却是一种常用的强制冷却方式，以增加散热。

高速滚珠丝杠的强度和刚度可以理论上计算，可以通过增加设计尺寸来解决。但是，滚珠丝杠的发热是不可避免的，有必要通过理论分析来了解发热的来源和散热的方法，从而根据实际情况找到解决温升和抑制热位移的方法。

抑制滚珠丝杠热变形的方法：

滚珠丝杠副的高速实现有两种方法：增加转速和增加导程，由于加工误差的影响，导程越大，导程精度越高；越低，大导程的发展受到限制，所以滚珠丝杠副高速化的实现主要依靠转速的提高，滚珠丝杠转速的提高必然导致滚珠丝杠的温度升高。随着温度的升高，滚珠丝杠的轴向热位移将不可避免地发生，滚珠丝杠的热位移直接导致定位精度下降。为此，通常采用以下方法：抑制滚珠丝杠的热位移，提高滚珠丝杠的定位精度，从而提高加工精度。

抑制滚珠丝杠的发热

1)不要使滚珠丝杠副和轴承的预紧力过大；如果滚珠丝杠的预紧力过小，会影响滚珠丝杠的定位精度；如果滚珠丝杠的预紧力过大，会影响滚珠丝杠的温升，导致滚珠丝杠的热位移增加。

2)选择合适的润滑剂，滚珠丝杠副的润滑剂也会影响滚珠丝杠的温升。

3)通过增加滚珠丝杠的导程来减少运行转数，以较低的运行速度实现较高的进给量，实现滚珠丝杠副的温升，热位移可以抑制滚珠丝杠。.

4)采用螺母驱动方式或双电机驱动机构。采用“丝杆固定，螺母同时转动和移动”的螺母驱动方式或“一个驱动丝杆和一个带轴承支撑的滚珠螺母”的双电机驱动结构，可以使滚珠丝杠得到很大的改进。朝相反的方向行驶速度快，显着降低温升，有效抑制滚珠丝杠的热位移。

滚珠丝杠系统冷却冷却

1)使用空心滚珠丝杠副，倒入冷却液进行强制循环冷却。

2)滚珠丝杠螺母与支承轴承的冷却采用滚珠丝杠副螺母与支承轴承套螺旋槽冷却液热交换系统，有效降低温升，抑制热位移。

3)用切削液和空气冷却滚珠丝杠副的周边，在滚珠丝杠副的螺母和支承轴承座附近注入冷却液或喷射冷却液，冷却滚珠丝杠副和支承轴承座强制冷却降低温度上升并抑制滚珠丝杠的热位移。

4)提高滚珠丝杠副保护罩的散热性能。

降低温升对定位精度的影响

1)通过快速热平衡等方式在温度稳定的状态下工作

2)将滚珠丝杠中间轴预张紧安装在轴向。

3)将基准移动量的目标值设为负值。

4)采用闭环循环冷却方式，实时补偿预测的热变形，消除热变形的影响。

采用冷却滚珠丝杠系统的方法来抑制热变形，提出了一种基于流体力学原理的滚珠丝杠气液二元热力系统。补偿方式采用冷却介质进入空心螺杆进行强制循环冷却和冷却气流相结合的冷却方式，对螺杆的关键发热区进行局部冷却，以抑制螺杆因高温引起的热变形，机床的高速运转刚度和精度变化。