国外滚珠丝杠热特性的研宄现状|加工中心
1.2滚珠丝杠副伺服进给系统国内外热特性研究现状1.2.1国外滚珠丝杠热特性的研宄现状精工机床在切削加工的过程当中，大量的热量主要来源于各类电路、动力源、相对运动的零部件之间生成的摩擦热、切削热、环境温度变化传导的热量、冷却系统带走的热量等W。其中尤其是滚珠丝杠高速进给运动时，其热变形严重阻碍了精工机床******性能的发挥。滚珠丝杠的热伸长直接影响丝杠本身的螺距误差，同时也会严重的削弱滚珠丝杠副的传动刚度，从而大大地降低了精工机床的加工精度、动态稳定性与响应的快速性。国外关于滚珠丝杠副热变形研宄进行的比较早，专家学者已经做了很多的试验研究工作。在1997年密西根大学学者将热误差补偿技术应用在通用(GM)公司的离合器加工厂100多台精工加工机床上，结果明显地提高了机床的加工精度[1Q]。美国学者S-Yang等模仿小脑控制模型结合神经网络控制器建立热误差补偿模型。在实验过程中，滚珠丝杠前后轴承、丝杠螺母等热源处放置热传感器，其测得的温度作为预测模型的自变量。以此可见，热误差对于提高高精度精工机床加工精度影响很大，美国很早就通过先进的算法进行了软件程序热补偿。英国的浦项工学院学者KimS.K等采用有限元方法比较了滚珠丝杠副在不同转速下的二维温度场分布，对比机床测量的结果验证了温度场模型。学者Kodera-T改进了光学式测温系统，利用该系统研宄了滚珠丝杠的温度分布，并依据温度分布情况估算出了丝杠的热伸长量[18]。学者Ramesh_R[41]等研究了定位误差随着伺服系统滚珠丝杠温度的增加并深入研宄了不同工况下的热误差补偿系统。日本NSK公司研制并生产了高速空心滚珠丝杠产品，最早进行了丝杠中空强制冷却试验，结果较为明显：中空冷却效果明显温升幅度只有2°C,达到稳态的时间30分钟左右，远优于实心滚珠丝杠；水作为冷却介质时冷却************，但考虑到滚珠丝杠的防锈问题，采用冷却油冷却效果最为合适[11]。图1.3为日本NSK公司产品手册关于空心滚珠丝杠的强制冷却效果实验曲线图，通过曲线可以看出，通有冷却油的空心滚珠丝杠比不进行强制冷却的滚珠丝杠温度有大幅度的降低，图中显示将近有30°的温降，效果很明显。而且通过对空心滚珠丝杠的研宄，NSK公司对空心滚珠丝杠的优点进行了总结：（1)抑制了由于丝杠温升所造成地热伸长，从而获得准确的定位精度。（2)将热伸长造成的滚珠丝杠支撑轴承和轴承底座位移控制在小的范围之内，同时冷却弱化了滚珠丝杠对其他部位的热传导，主要是加工工作台的热变形。（3)由于升温幅度很小，从而大大缩短了精工机床的预热时间。（4)由于避免了滚珠丝杠的发热，从而延长了润滑油的使用寿命。日本Ma-Kino公司开发了电子冷却的控制系统，能够保持温度的基本稳定[12]。日本研宄人员Otsuka,JIR.等在精工加工中心上测得了滚珠丝杠副不同位置的温升，根据测量结果推到了热传导系数，并根据测量结果和传热的相关理论分析了滚珠丝杠副的上温度分布情况。这一情况也可以看出热传导系数一般通过实验测得。定位误差在6um以内变化。由此可见，滚珠丝杠的热误差对定位精度的影响很大,且空心滚珠丝杠可以明显的降低伺服进给系统的定位误差。韩国学者SK-Kim米用有限元建立了精工机床滚珠丝杠伺服进给系统的数学模型[13]。学者ZHE-ZhuXU等研宄了高速条件下空心滚珠丝杆副的风冷实验，如图1.4是其中的一个实验数据结果。对温度变化和分布做了详细的探讨并得到了滚珠丝杠轴向热伸长的并变化规律；预加载与转速对温升也做了详细的分析。然而，风冷产生很大的噪音。还做循环水冷的实验，然而并没有将冷却液通入螺母冷却，得出热变形和温度上升的趋势是一致的结论[15'16'42'43]。由此可知，韩国对空心滚珠丝杠进行了透彻地研宄。然而，螺母是主要热源没有引起研宄者足够的关注，没能提出螺母冷却液冷却的冷却方案[14]。2013汉诺威欧洲机床（EMO)会上DMG公司展示了第4代加工中心的典型机型____DMU80P型加工中心，通过全水冷的进给驱动实现精度的提高，零部件精度最多可提高30%[25]。德国柏林工业大学机床研宄者采用有限元分析计算了机床部件单元及整机的温度分布及热变形[17]。德国Heidenha(海德汉）公司在产品手册中给出了一台立式加工中心的X轴的定位误差，其为单边带内冷系统的滚珠丝杠副，测试行程500mm,进给速度2.5m/min。如实验数据图1.5所示。从图中可知滚珠丝杠未被冷却时，其定位精度误差在40分钟内一直在增大，******数值在40um左右。当采用空心冷却滚珠丝杠后，实验测得的通过国外的调研发现，空心滚珠丝杠副无论是在抑制滚珠丝杠的热变形，提高数控机床的定位精度；还是在缩短预热时间方面都优于实行滚珠丝杠副。本文采摘自“空心滚珠丝杠在精工机床伺服进给系统中的应用研究”，因为编辑困难导致有些函数、表格、图片、内容无法显示，有需要者可以在网络中查找wnsr888手机版相关的文章！本文由海天精工整理发表文章均来自网络仅供学习参考，转载请注明！