2017年5月23日

龍門加工中心橫梁系統中改善滾珠絲杠系統熱態特性的主要措施

善滾珠絲杠系統熱態特性的主要措施4.5.1滾珠絲杠的預拉伸在實際工作過程中，橫梁系統的定位精度不僅僅受到滾珠絲杠制造精度的直接影響，而且也會受到由于滾珠絲杠高速旋轉產生的溫升而引起的熱伸長的影響。因此分析滾珠絲杠系統熱伸長變形對減少熱變形具有指導意義。由于滾珠絲杠系統工作時會發熱使得滾珠絲杠熱膨脹，從而加大絲杠的導程，影響定位精度和傳動，需要對其進行熱補償。通常采用的補償方法為滾珠絲杠預拉伸。為了提高橫梁系統的定位精度以及機床在工作過程中保持其定位精度，在絲杠溫升一定的前提下安裝絲杠時，利用絲杠兩端支承軸承組，對其進行預拉伸[55]。在此工況條件下，產生的熱位移量和預拉伸量恰好抵消。但裝配時預拉伸力過大，會使溫升較大使得預拉伸量也會相應變大，增加軸承的軸向載荷，減少軸承使用壽命，會降低絲杠的使用壽命；若裝配時預拉伸力過小，使得滾珠絲杠軸的熱變形量大于滾珠絲杠軸的預拉伸量，滾珠絲杠系統熱誤差和制造誤差增大。因此需要選擇一個合適的預拉伸力。一般而言，滾珠絲杠的預拉伸量應當略大于滾珠絲杠螺母副溫升引起的熱變形量[56]。本文設定滾珠絲杠的預拉伸量為20|im。當應力不超過材料的比例極限時，軸在軸向力作用下軸向的拉伸量可按公式（4-17)進行計算，進而可以求得滾珠絲杠的軸向預拉伸力。第四章橫梁系統中滾珠絲杠熱特性研究因此滾珠絲杠的預拉伸力應取2376N~3600N，這樣可以讓絲杠留有合適的預拉伸量。在實際工況中，預拉伸量和絲杠的熱伸長量相抵消，從而減少熱變形以及實現預期的定位精度。另外，要合理的選擇滾珠螺母副的預緊力。若滾珠螺母副的預緊力過小，影響Y軸的定位精度；若滾珠螺母副的預緊力過大，導致滾珠螺母副發熱量嚴重，熱變形增加，將直接影響橫梁系統的定位精度。4.5.2常用的改善滾珠絲杠系統熱變形的方法(1)減少滾珠絲杠系統熱源的發熱量。選擇正確且適量的潤滑劑。支承軸承的潤滑脂和滾珠螺母副的潤滑油應根據實際工況下的載荷進行選擇。過大的運動粘度的潤滑油和潤滑脂都將增大滾珠絲杠系統溫升，而過高的溫升又會引起軸承潤滑脂的潤滑冷卻性能劣化；對于潤滑油應當定期更換，并通過在潤滑油系統中安裝冷卻器來控制潤滑油的溫度，從而減少滾珠絲杠的溫升。加大滾珠絲杠的導程來降低運行轉數。根據公式可知滾珠絲杠的進給速度等于導程與轉速的乘積，若轉速不變，擴大導程，滾珠絲杠同樣可以以較低的轉速達到較高的進給速度，減少摩擦發熱的產生從而減少了溫升，抑制熱變形的增加。但是，滾珠絲杠在加工過程中，過大的導程加大了加工誤差，導程精度得不到保證。因此，在保證加工精度的情況下，選擇較大導程的滾珠絲杠。(2)增強滾珠絲杠系統的散熱施加強制冷卻。包括：采用滾珠絲杠螺母和軸承套筒螺旋槽冷卻熱交換系統，進行強制冷卻，從而減少主要發熱部件的摩擦熱，從而降低溫升，抑制滾珠絲杠系統熱位移。絲杠軸外緣以潤滑油或空氣冷卻；建立恒溫車間實現季節性調溫；或者對滾珠絲杠系統進行風冷或者油冷卻方式，從而減小機床受外部環境溫度的影響；還可采用型腔式的冷卻結構冷卻軸承和軸承座，延緩潤滑油的劣化，減小軸承座的熱變形，從而提高滾珠絲杠系統的熱態幾何精度[57]。(3)對滾珠絲杠系統進行熱誤差補償使用光柵尺進行誤差補償；采用循環控制系統，實時的測量滾珠絲杠系統產生的熱誤差，然后根據己經建立的誤差補償模型進行誤差補償計算，并回饋到精工系統，經過精工系統分析處理后，使控制器發出相應控制指令以補償相應的熱誤差，最終實現機床的精確定位，消除絲杠熱伸長的影響[58]。4.6本章小結本章對滾珠絲杠系統進行熱態特性分析以及熱變形分析。首先，分析滾珠絲杠的熱源，通過計算得出各個發熱部件的發熱量，和對流換熱系數。通過有限元建模分析得到滾珠絲杠系統的穩態溫度場分布云圖。然后，對滾珠絲杠系統進行熱一結構耦合分析，得到滾珠絲杠系統在熱載荷的影響下滾珠絲杠系統的總熱變形和X、Y、Z三個方向上的熱變形分布情況。最后，分析影響滾珠絲杠系統熱變形的主要因素，并提出改善滾珠絲杠系統熱態特性的主要措施。

海天精工機床有限公司 ^{海天精工博客}

龍門加工中心橫梁系統中改善滾珠絲杠系統熱態特性的主要措施

◎歡迎參與討論，請在這里發表您的看法、交流您的觀點。