滚珠丝杠高速进给的热特性

滚珠丝杠高速进给的热特性

滚珠丝杠副作为高速进给传动系统的主要执行元件，其动态性能和热性能对高速进给系统的性能影响很大。特征，由于转速的提高，滚珠丝杠进给系统中的接触区域（丝杠螺母、轴承等）会产生大量热量，而这些热量不能及时散去，会使滚珠丝杠的温度升高并造成滚珠丝杠杆的热变形，降低机床的加工精度。了解高速运转条件下滚珠丝杠副的动态性能和热特性，对于提高机床的加工精度具有重要意义。

在高速运转的情况下，滚珠丝杠副最明显的表现是摩擦引起的丝杠和螺母的温升效应。在机械行业标准《高速滚珠丝杠性能试验规范》中，将滚珠丝杠的温升指标列入规定的考核项目。滚珠丝杠温度特性的在线测量可分为接触式测量和非接触式测量两种。标准中规定了基本实验条件。滚珠丝杠和滚珠螺母的轴向相对位移加速度不小于1g，相对位移速度大于等于50m/min或DN值大于等于120000速度条件下，模拟台沿轴连续驱动。往复运动时，温度测试点应距两端支撑点不小于200mm，如果使用接触式温度传感器测温，允许在滚珠丝杠停止后进行测温，但应保持测量5s以上。

滚珠丝杠副发热引起的定位误差是丝杠定位误差的主要来源。在简化情况下，滚珠丝杠螺母的刚度和摩擦扭矩与预紧力成正比，由于滚珠丝杠螺母频繁且连续的复杂运动，系统中最大的摩擦力通常由滚珠丝杠螺母产生。滚珠丝杠螺母中除了滚珠的滚动运动外，还有滑动，球之间的相互挤压和推动使球不时滑动。当没有滚珠保持架时，滚珠之间的摩擦导致温度升高，温度升高带来热变形，从而影响滚珠丝杠定位精度。因此，在高速滚珠丝杠的动态性能测试中，热误差是反映滚珠丝杠优劣的重要参数，必须进行检测，而热位移是反映滚珠丝杠热变形的直接指标，温度变化引起的。

滚珠丝杠副的加减速特性在一定程度上是衡量高速滚珠丝杠性能的重要指标。机床加速度的不断提高，也对滚珠丝杠系统的加减速特性提出了更高的要求。为了确定滚珠丝杠副的加减速特性对整个系统运动特性的影响，需要记录滚珠丝杠性能检测过程中的加速度变化过程。

在滚珠丝杠的动态性能测试中，环境对测试结果的影响很大，如湿度、温度等，高速滚珠丝杠的检测必须在特定的工作环境中进行，所以表明检测到的指标是可行的，湿度的变化对激光干涉仪也有影响。如果空气湿度过大，激光干涉仪会模糊不清，造成定位精度的检测误差。同时，在空心滚珠丝杠高速运转过程中，冷却油的流量检测也是一项重要指标。

为了更好地实时控制滚珠丝杠的温升，需要进一步建立空心丝杠的冷却介质流量、滚珠丝杠螺母的气体流量和热变形之间的数学模型的丝杠。温度传感器识别进给系统丝杠的温度变化，控制冷却液和冷却气体的流量，间接控制滚珠丝杠的温升，以保持丝杠的传动刚性和运动精度。