高速滾珠絲杠面臨的問題及解決方案

 隨著高速數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，對(duì)滾珠絲杠的性能也提出了更高的要求，滾珠絲杠的傳動(dòng)速度v=pn（其中p為滾珠絲杠的導(dǎo)程，n為轉(zhuǎn)速），所以提高滾珠絲杠的傳動(dòng)速度有兩種方法：一種是提高滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速，另一種是提高滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速。另一種是使用大引線。

提高轉(zhuǎn)速n通常受滾珠絲杠d·n的限制（d為滾珠絲杠的公稱直徑）。當(dāng)n增大時(shí)，d會(huì)減小，這將導(dǎo)致系統(tǒng)剛度差，容易變形，影響加工精度。當(dāng)導(dǎo)程p過大時(shí)，不僅滾珠絲杠的制造難度增加，定位精度難以提高，絲杠副的承載能力降低，而且伺服電機(jī)的啟動(dòng)扭矩也增加。因此，在具體設(shè)計(jì)中需要考慮折中，選擇合適的速度和導(dǎo)程。

 在實(shí)際應(yīng)用中，滾珠絲杠高速化后，主要面臨以下問題：

 1）滾珠絲杠的強(qiáng)度和剛度。只有滿足滾珠絲杠的加減速特性，高速滾珠絲杠的直線運(yùn)動(dòng)才有意義，在這種情況下，滾珠絲杠往往會(huì)受到很大的沖擊力，否則會(huì)影響加工精度。因此，對(duì)于高速滾珠絲杠，不僅需要合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而且在制造過程中還需要合理安排加工工藝，消除內(nèi)應(yīng)力，從而提高滾珠絲杠的承載能力和剛度，滿足高速驅(qū)動(dòng)的要求。

2)滾珠絲杠的發(fā)熱。高速滾珠絲杠后，溫升是一個(gè)無法回避的問題。降低滾珠絲杠溫升的方法是減少其發(fā)熱或增加散熱。對(duì)螺桿施加預(yù)拉伸力可以吸收一部分熱量，采用空心滾珠絲杠進(jìn)行強(qiáng)制冷卻是一種常用的強(qiáng)制冷卻方式，以增加散熱。

高速滾珠絲杠的強(qiáng)度和剛度可以理論上計(jì)算，可以通過增加設(shè)計(jì)尺寸來解決。但是，滾珠絲杠的發(fā)熱是不可避免的，有必要通過理論分析來了解發(fā)熱的來源和散熱的方法，從而根據(jù)實(shí)際情況找到解決溫升和抑制熱位移的方法。

 抑制滾珠絲杠熱變形的方法：

 滾珠絲杠副的高速實(shí)現(xiàn)有兩種方法：增加轉(zhuǎn)速和增加導(dǎo)程，由于加工誤差的影響，導(dǎo)程越大，導(dǎo)程精度越高；越低，大導(dǎo)程的發(fā)展受到限制，所以滾珠絲杠副高速化的實(shí)現(xiàn)主要依靠轉(zhuǎn)速的提高，滾珠絲杠轉(zhuǎn)速的提高必然導(dǎo)致滾珠絲杠的溫度升高。隨著溫度的升高，滾珠絲杠的軸向熱位移將不可避免地發(fā)生，滾珠絲杠的熱位移直接導(dǎo)致定位精度下降。為此，通常采用以下方法：抑制滾珠絲杠的熱位移，提高滾珠絲杠的定位精度，從而提高加工精度。

 抑制滾珠絲杠的發(fā)熱

 1)不要使?jié)L珠絲杠副和軸承的預(yù)緊力過大；如果滾珠絲杠的預(yù)緊力過小，會(huì)影響滾珠絲杠的定位精度；如果滾珠絲杠的預(yù)緊力過大，會(huì)影響滾珠絲杠的溫升，導(dǎo)致滾珠絲杠的熱位移增加。

 2)選擇合適的潤滑劑，滾珠絲杠副的潤滑劑也會(huì)影響滾珠絲杠的溫升。

 3)通過增加滾珠絲杠的導(dǎo)程來減少運(yùn)行轉(zhuǎn)數(shù)，以較低的運(yùn)行速度實(shí)現(xiàn)較高的進(jìn)給量，實(shí)現(xiàn)滾珠絲杠副的溫升，熱位移可以抑制滾珠絲杠。.

 4)采用螺母驅(qū)動(dòng)方式或雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。采用“絲桿固定，螺母同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)”的螺母驅(qū)動(dòng)方式或“一個(gè)驅(qū)動(dòng)絲桿和一個(gè)帶軸承支撐的滾珠螺母”的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，可以使?jié)L珠絲杠得到很大的改進(jìn)。朝相反的方向行駛速度快，顯著降低溫升，有效抑制滾珠絲杠的熱位移。

 滾珠絲杠系統(tǒng)冷卻冷卻

 1)使用空心滾珠絲杠副，倒入冷卻液進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)冷卻。

 2)滾珠絲杠螺母與支承軸承的冷卻采用滾珠絲杠副螺母與支承軸承套螺旋槽冷卻液熱交換系統(tǒng)，有效降低溫升，抑制熱位移。

 3)用切削液和空氣冷卻滾珠絲杠副的周邊，在滾珠絲杠副的螺母和支承軸承座附近注入冷卻液或噴射冷卻液，冷卻滾珠絲杠副和支承軸承座強(qiáng)制冷卻降低溫度上升并抑制滾珠絲杠的熱位移。

 4)提高滾珠絲杠副保護(hù)罩的散熱性能。

 降低溫升對(duì)定位精度的影響

 1)通過快速熱平衡等方式在溫度穩(wěn)定的狀態(tài)下工作

 2)將滾珠絲杠中間軸預(yù)張緊安裝在軸向。

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

 4)采用閉環(huán)循環(huán)冷卻方式，實(shí)時(shí)補(bǔ)償預(yù)測的熱變形，消除熱變形的影響。

 采用冷卻滾珠絲杠系統(tǒng)的方法來抑制熱變形，提出了一種基于流體力學(xué)原理的滾珠絲杠氣液二元熱力系統(tǒng)。補(bǔ)償方式采用冷卻介質(zhì)進(jìn)入空心螺桿進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)冷卻和冷卻氣流相結(jié)合的冷卻方式，對(duì)螺桿的關(guān)鍵發(fā)熱區(qū)進(jìn)行局部冷卻，以抑制螺桿因高溫引起的熱變形，機(jī)床的高速運(yùn)轉(zhuǎn)剛度和精度變化。