鄭 衛(wèi)

(南京高傳四開(kāi)數(shù)控裝備制造有限公司，江蘇 南京211151)

滾珠絲杠是數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的主要傳動(dòng)部件，承擔(dān)機(jī)床的切削進(jìn)給，它的動(dòng)態(tài)性能直接影響整機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和精度。在高速滾珠絲桿副傳動(dòng)中，由于接觸區(qū)域(絲杠和螺母與鋼珠)摩擦產(chǎn)生大量的熱，這些熱量又無(wú)法及時(shí)散發(fā)，會(huì)使?jié)L珠絲杠的溫度升高，導(dǎo)致絲杠產(chǎn)生熱延伸，使每個(gè)2π 的節(jié)距不一致，降低了熱補(bǔ)的效果;改變了工件和刀具相對(duì)原點(diǎn)的位置，影響了機(jī)床的加工精度和工件品質(zhì)一致性。因此研究滾珠絲杠的溫升和熱變形，采取措施控制溫升，對(duì)提高機(jī)床的精度有著重要意義。

1 滾珠絲杠副的溫升與延伸關(guān)系

高速的滾珠絲杠副在傳遞扭矩時(shí)，絲杠和螺母與鋼球的摩擦產(chǎn)生大量的熱，導(dǎo)致絲杠的延伸。延伸量與溫度變化的關(guān)系:

式中:ΔL 為絲杠受熱后軸線(xiàn)方向長(zhǎng)度變化量;ρ 為線(xiàn)膨脹系數(shù)(12 ×10-6℃);L0為未受熱原絲杠有效長(zhǎng)度;Δt 為絲杠的溫度變化量。

也就是說(shuō)，絲杠的溫度(在20～110 ℃范圍內(nèi))每上升1 ℃時(shí)絲杠每1 m 伸長(zhǎng)12 μm。從式(1)中可以看出控制絲杠熱延伸的最好方法是采取對(duì)策有效地控制溫度上升。

滾珠絲杠和螺母與鋼珠摩擦產(chǎn)生的熱Q(kJ/h)與摩擦力矩T(N·m)和滾珠絲杠轉(zhuǎn)速n(r/min)成正比，公式如下:

滾珠絲杠副摩擦力矩，公式如下:

其中:Z 為鋼珠數(shù);β(rad)為絲杠彈道的螺旋升角;Tg(Nm)為幾何滑移摩擦力矩;Te(Nm)為摩擦阻力矩。

2 滾珠絲杠冷卻形式(見(jiàn)圖1)

空氣冷卻裝置當(dāng)壓縮空氣從小型空氣放大器中部接入后，通過(guò)一個(gè)0.05～0.1 μm 的小間隙后高速?lài)姵?，由流體力學(xué)中科思達(dá)效應(yīng)原理，另一側(cè)即吸氣口產(chǎn)生負(fù)壓，約10～25 倍左右的環(huán)境空氣被吸入，并與原始?jí)嚎s空氣一起從出氣口噴出，噴向絲杠螺母副摩擦表面，吹風(fēng)量可根據(jù)要求，調(diào)整壓縮空氣的進(jìn)給量和采用不同規(guī)格的空氣放大器。

如果要達(dá)到更好的效果，也可將輸出的壓縮空氣經(jīng)過(guò)冷卻再輸入空氣放大器。此結(jié)構(gòu)只需將壓縮空氣管隨電線(xiàn)、油管一起放入拖鏈，再將體積很小空氣放大器通過(guò)支架固定在工作臺(tái)底面(螺母兩側(cè))就可以做到隨動(dòng)，對(duì)絲杠螺母副摩擦表面進(jìn)行吹風(fēng)冷卻。

3 選用

選用空氣放大器冷卻形式具有以下特點(diǎn):(1)只利用壓縮空氣，出口處空氣流量能比進(jìn)口處空氣流量大25 倍，低噪音、可靠。(2)原理、調(diào)整和操作簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)。(3)使用壽命長(zhǎng)，成本低，基本免維護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用，利用激光干涉儀測(cè)得的兩種狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，滾珠絲杠的熱延伸量可減小近50%，這對(duì)各類(lèi)數(shù)控機(jī)床的滾珠絲杠因溫升而引起的軸向延伸的改善解決，探索出一個(gè)簡(jiǎn)單、可操作和行之有效的方法。

［1］劉永平，陳楨，芮執(zhí)元.高速滾珠絲杠副氣液二元冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真［J］.中國(guó)機(jī)械工程，2013(1):95 -98.

［2］芮執(zhí)元，張傳輝，郭俊鋒.基于有限元法的中空冷卻滾珠絲杠溫升及熱變形研究［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)，2011(12):17 -20.