數(shù)控機(jī)床滾珠絲杠溫度對(duì)工作影響

滾珠絲杠系統(tǒng)具有傳動(dòng)效率高、定位精度高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。由于運(yùn)動(dòng)過(guò)程中滾珠絲杠與螺母、軸承間的摩擦而產(chǎn)生熱量，并且隨著轉(zhuǎn)速的提高而導(dǎo)致溫度上升，使得其軸向熱變形增加，同時(shí)由于其處于進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)鏈的末級(jí)，它的傳動(dòng)誤差將直接導(dǎo)致加工中心的定位精度下降，為此研究滾珠絲杠系統(tǒng)的熱特性，對(duì)提高加工中心的加工精度具有重要的意義。

機(jī)床在工作中受到摩擦、運(yùn)動(dòng)等多種熱源的影響，這些熱源產(chǎn)生的熱量通過(guò)各種不同的方式傳遞給機(jī)床，導(dǎo)致機(jī)床零部件產(chǎn)生膨脹變形，影響工件與刀具之間的相對(duì)位移，使得機(jī)床產(chǎn)生誤差，造成加工精度的下降。

機(jī)床中的熱源，一般可分為內(nèi)部熱源和外部熱源兩大類。內(nèi)部熱源包括以下四個(gè)方面：

（１）動(dòng)力源的發(fā)熱，例如電動(dòng)機(jī)、油泵等動(dòng)力源。由于內(nèi)部摩擦等原因，導(dǎo)致其在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能量的損耗并轉(zhuǎn)換成熱量。通過(guò)傳動(dòng)件、壓力油、空氣等介質(zhì)，這些熱量被傳遞到機(jī)床上形成熱源。

（２）運(yùn)動(dòng)副的摩擦熱，例如軸承副、滾珠絲杠副、齒輪副、導(dǎo)軌副、離合器等。由于運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦生熱，使得這些運(yùn)動(dòng)件產(chǎn)生的熱量通過(guò)潤(rùn)滑油傳遞到機(jī)床上形成熱源。

（３）其他零部件的發(fā)熱，例如活塞副、電氣柜、液壓操縱箱、各種閥件等。由于頻繁啟用，這些零部件會(huì)有不同程度的發(fā)熱，通過(guò)相關(guān)介質(zhì)傳遞到機(jī)床上形成熱源。

（４）切削熱。在切削過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，通過(guò)熱傳導(dǎo)，這些熱量被分配到刀具、工件和切屑上形成熱源。外部熱源指環(huán)境溫度的變化和各種熱輻射。環(huán)境溫度的變化包括取暖裝置的啟用、陽(yáng)光的照射、季節(jié)的變化等；熱輻射包括陽(yáng)光、照明、人體體溫等產(chǎn)生的輻射。這些都會(huì)造成機(jī)床各部位受熱不均勻，從而引起變形。

將空心滾珠絲杠與空氣的對(duì)流載荷施加在空心滾珠絲杠系統(tǒng)的所有外表面節(jié)點(diǎn)上，對(duì)流載荷為恒定值；將空心滾珠絲杠與冷卻液的對(duì)流載荷施加在絲杠中空孔和冷卻液入口處的所有內(nèi)表面節(jié)點(diǎn)上，對(duì)流載荷也為恒定值；刪掉絲杠表面上與螺母及軸承接觸處的空氣對(duì)流載荷，分別將產(chǎn)生的熱流密度施加在該位置處，熱流密度也為恒定值。然后進(jìn)行加載求解，得到該空心滾珠絲杠系統(tǒng)的瞬態(tài)溫度場(chǎng)。

滾珠絲杠系統(tǒng)中整個(gè)螺母的溫度最高，約為60.8℃，溫升為40.8℃；左右軸承的溫度次之，約為43℃，溫升為23℃；空心滾珠絲杠除去與螺母和軸承接觸部分的溫度較高，大約30℃，其余部分的溫升不超過(guò)4℃。

將計(jì)算得到的溫度場(chǎng)作為熱載荷，按照兩端固定的支撐方式來(lái)施加約束，在滾珠絲杠與前、后軸承接觸處施加Ｘ、Ｙ、Ｚ方向的位移約束，進(jìn)行熱．結(jié)構(gòu)耦合場(chǎng)分析，求得空心滾珠絲杠系統(tǒng)的綜合熱變形?？招臐L珠絲杠系統(tǒng)整體的熱變形較大，熱變形最大處位于螺母上，使得螺母沿軸向伸長(zhǎng)同時(shí)沿徑向膨脹，最大熱變形達(dá)到52.3um。滾珠絲杠的熱變形較小，由于受到螺母?jìng)鲗?dǎo)的熱量的影響，最大變形發(fā)生在靠近螺母兩端處，大約為12um。為滾珠絲杠系統(tǒng)軸向熱變形。滾珠絲杠系統(tǒng)的熱變形仍然以軸向變形為主，軸向最大熱變形達(dá)到50.1um。

在現(xiàn)代高速切削機(jī)床中，切削熱引起的熱變形所占的比例越來(lái)越小。其他零部件發(fā)熱引起的變形與動(dòng)力源發(fā)熱及運(yùn)動(dòng)副摩擦熱引起的變形相比，也同樣處于次要地位。所以內(nèi)部熱源中以動(dòng)力源發(fā)熱及運(yùn)動(dòng)副摩擦熱為主。