滾珠絲杠高速進給的熱特性

 滾珠絲杠副作為高速進給傳動系統的主要執行元件，其動態性能和熱性能對高速進給系統的性能影響很大。特征，由于轉速的提高，滾珠絲杠進給系統中的接觸區域（絲杠螺母、軸承等）會產生大量熱量，而這些熱量不能及時散去，會使滾珠絲杠的溫度升高并造成滾珠絲杠桿的熱變形，降低機床的加工精度。了解高速運轉條件下滾珠絲杠副的動態性能和熱特性，對于提高機床的加工精度具有重要意義。

 在高速運轉的情況下，滾珠絲杠副最明顯的表現是摩擦引起的絲杠和螺母的溫升效應。在機械行業標準《高速滾珠絲杠性能試驗規范》中，將滾珠絲杠的溫升指標列入規定的考核項目。滾珠絲杠溫度特性的在線測量可分為接觸式測量和非接觸式測量兩種。標準中規定了基本實驗條件。滾珠絲杠和滾珠螺母的軸向相對位移加速度不小于1g，相對位移速度大于等于50m/min或DN值大于等于120000速度條件下，模擬臺沿軸連續驅動。往復運動時，溫度測試點應距兩端支撐點不小于200mm，如果使用接觸式溫度傳感器測溫，允許在滾珠絲杠停止后進行測溫，但應保持測量5s以上。

 滾珠絲杠副發熱引起的定位誤差是絲杠定位誤差的主要來源。在簡化情況下，滾珠絲杠螺母的剛度和摩擦扭矩與預緊力成正比，由于滾珠絲杠螺母頻繁且連續的復雜運動，系統中最大的摩擦力通常由滾珠絲杠螺母產生。滾珠絲杠螺母中除了滾珠的滾動運動外，還有滑動，球之間的相互擠壓和推動使球不時滑動。當沒有滾珠保持架時，滾珠之間的摩擦導致溫度升高，溫度升高帶來熱變形，從而影響滾珠絲杠定位精度。因此，在高速滾珠絲杠的動態性能測試中，熱誤差是反映滾珠絲杠優劣的重要參數，必須進行檢測，而熱位移是反映滾珠絲杠熱變形的直接指標，溫度變化引起的。

 滾珠絲杠副的加減速特性在一定程度上是衡量高速滾珠絲杠性能的重要指標。機床加速度的不斷提高，也對滾珠絲杠系統的加減速特性提出了更高的要求。為了確定滾珠絲杠副的加減速特性對整個系統運動特性的影響，需要記錄滾珠絲杠性能檢測過程中的加速度變化過程。

 在滾珠絲杠的動態性能測試中，環境對測試結果的影響很大，如濕度、溫度等，高速滾珠絲杠的檢測必須在特定的工作環境中進行，所以表明檢測到的指標是可行的，濕度的變化對激光干涉儀也有影響。如果空氣濕度過大，激光干涉儀會模糊不清，造成定位精度的檢測誤差。同時，在空心滾珠絲杠高速運轉過程中，冷卻油的流量檢測也是一項重要指標。

 為了更好地實時控制滾珠絲杠的溫升，需要進一步建立空心絲杠的冷卻介質流量、滾珠絲杠螺母的氣體流量和熱變形之間的數學模型的絲杠。溫度傳感器識別進給系統絲杠的溫度變化，控制冷卻液和冷卻氣體的流量，間接控制滾珠絲杠的溫升，以保持絲杠的傳動剛性和運動精度。