發布日期：2022-07-20 點擊率：214
切削加工過程的精度受到所使用機床設備靜態、動態和溫度狀況的影響。其中，溫度在總誤差中的影響最大。因此，人們對滾珠絲杠傳遞機構的熱變化特性進行了檢測。
有人預測：切削加工機床的靜態和動態性能會越來越好，這樣就可以明顯的減少它們對加工誤差的影響。相反，在總加工偏差中，熱變形的影響卻越來越大。在過去的幾十年中，總加工偏差中，熱變形影響的比例提高到了70%～75%。
在考慮金切加工機床的熱變形影響時，要把外部因素的熱變形影響和內部因素的熱變形影響區分開來。金切加工機床的內部熱源和降低內部熱源帶來的溫度升高都可以采用主動式（滾珠軸承絲杠、線性導軌）和被動式（機床床身）等方法來實現。
非均質的溫度場能夠導致TCP的偏移
熱源和降溫共同作用的結果是一個非均質的溫度場；一個在機床設備內部、會導致刀具中心點控制（TCP）出現位移的非均質溫度場。基于這一原因，亞琛工業大學（RWTH）的機床實驗室（WZL）對金切加工機床部件的熱變化特性進行了檢驗測試（圖1）。為進行這一試驗，專門設計制造了一套試驗設備，從而能夠有目的的對滾珠絲杠這類機床部件在各種影響參數和變量的作用下進行檢測和試驗。
試驗臺中的滾珠絲杠支承方式
安裝在試驗臺上待檢的滾珠絲杠（KGT）的直徑為30mm，絲杠導軌為20mm（圖2）。經牙嵌式離合器把伺服電動機和滾珠絲杠連接成一體，驅動滾珠絲杠傳動機構。滾珠絲杠的滾珠螺母經測力傳感器與試驗臺的運動滑臺連接。通過多個應變片，測力傳感器能夠測定出熱變形時、與摩擦力成比例的軸向力大小。
在運動滑臺的下方安裝了一臺線性電動機，由它產生阻止滑臺運動的阻力。這一試驗臺的結構設計屬于滾珠絲杠的游動軸承支承方式，其中的固定軸承位置為滾珠絲杠的驅動側。
在測定穩定均衡狀態下滾珠絲杠的熱變化特性時，檢測是在連續工作的狀態下進行的。為了使滾珠絲杠達到穩定的均衡狀態，伺服電動機驅動滾珠絲杠進行4h的恒速往復運動。在這一時間段內沿上蓋螺母、測力傳感器和床身熱流方向貼附的PT-100感溫元件進行溫度檢測。
試驗臺具有遮陽罩和防風罩，為控制試驗過程的溫度對環境溫度也進行了檢測和記錄，這樣就可以對外部環境溫度的影響進行修正了，或者避免外部環境溫度對檢測、試驗產生影響。輔助的電渦流傳感器在滾珠絲杠的端面進行檢測，從而可以測定出滾珠絲杠軸向伸長量的變化。
熱變化特性與滾珠絲杠的轉速有關
為了能夠系統地評判滾珠絲杠的熱變化特性，首先對不同轉速下的溫度變化情況進行了考察。圖3所示曲線就是不同轉速時KGT絲杠螺母的溫度曲線，它清楚的表現出指數曲線的特性：當轉速較低時，例如10m/min時，絲杠螺母穩定平衡時的溫度為29℃。滾珠絲杠的轉速越高，整個系統的穩定平衡溫度也就越高。當滾珠絲杠的轉速達到最高的40m/min時，穩定平衡時的溫度則高達31℃。
根據試驗可以得出這樣的結論：滾珠絲杠的熱變化特性與滾珠絲杠的轉速有關。與發熱變化有關的結果自然就是不同的軸向伸長量（圖4）。在滾珠絲杠達到最高運動速度40m/min時，滾珠絲杠的軸向伸長量最大可達65μm。這里也可以看出與速度之間的相互關系。根據滾珠絲杠在機床設備中的具體安裝、位置情況，實際的滾珠絲杠最大軸向伸長量與理論伸長量有著明顯的差異。
除了部件發熱這一現象之外，也對滾珠絲杠向周圍零部件的散熱情況進行了研究（圖5）。滾珠絲杠螺母經測力傳感器散發的熱流可以直達游動軸承的軸承座處，使軸承座處的溫度提高3℃。驅動側的固定軸承座的溫度也提高了相同的溫度；也就是說：溫度散發的相當均勻，工作滑臺的溫度僅提高了1℃。
在將來的試驗中，將進一步對其他影響因素，例如滾珠絲杠螺母密封系統、線性電動機有目的地施加阻力負載時的情況或者其他部件、預緊力等級等影響因素的作用進行研究和考察。
在滾珠絲杠熱變化特性試驗中，使用的試驗臺允許設置不同的影響因素變量。這一試驗臺還能同時完成受力大小的檢測，這就有可能測定出大多數的摩擦力。溫度分布的情況采用了探針接觸式檢測方法，沿熱流方向進行了檢測。第一次檢測就得到了與滾珠絲杠轉速有關的熱傳導。當滾珠絲杠轉速較低為10m/min時，最熱的零件滾珠絲杠螺母的溫度也只有29℃。
當滾珠絲杠的轉速提高一倍時，溫度也上升1℃達到30℃。當進一步提高滾珠絲杠的轉速時，可以確定滾珠絲杠螺母的溫度會進一步提高。
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