滾珠絲杠副的降溫以解決運動精度問題

張德隆

（合肥江航飛機裝備有限公司，安徽合肥 230051）

滾珠絲杠現在已廣泛使用在各種機械設備上，滾珠絲杠副與滑動絲杠副相比具有驅動力矩小、運動精度高、微進給無爬行、運動副無間隙、摩擦力小、發熱小、運動速度高、效率高等優點。其缺點是價格高。滾珠絲杠由于精度的要求（正反轉無間隙），鋼球在絲杠絲母中間必受到一定的預應力。由于預應力的存在，絲杠長時間高速運行時仍不免因摩擦發熱使得絲杠變長，其伸長量將多達0.1 mm/400 mm以上，影響機床的重復定位。上午與下午加工的工件有明顯的誤差。為提高設備精度，精密設備使用裝有光柵尺的閉環控制系統，來解決精度問題，但閉環系統價格昂貴。對于開環系統要想提高精度，就要解決絲杠發熱問題，或者將開環控制改成閉環控制，但改造費用約20余萬元，對于舊設備的改造成本太高。或者將絲杠由一端支承改為兩端支承，但是非常麻煩，安裝的精度要求很高，且有些設備不具備安裝條件，如果安裝精度較差會影響絲杠副的使用壽命。因此針對絲杠發熱的情況采用空氣冷卻裝置對絲杠及絲母座進行冷卻，以解決由于絲杠運轉發熱造成的精度問題，是既經濟又有效的解決辦法。

空氣冷卻裝置包括一個套在絲母座上隨絲母運動的殼體（殼體的軸線與絲母軸線重合，殼體與絲母座做有氣流通道）和氣流控制裝置。絲杠從殼體中間穿過（絲杠與殼體不接觸），并與殼體留有縫隙，使得氣流可以從縫隙中流出，當空氣進入殼體并從縫隙流出時，可把絲杠與絲母摩擦產生的熱量帶走。在殼體上裝一個空氣流量噴嘴，當壓縮空氣經過噴嘴噴出后，氣體膨脹、壓力下降吸收周圍熱量，使得殼體溫度降低，殼體的溫度略低于環境溫度，這有利于帶走絲杠副運動時產生的熱量，維持絲杠的溫度接近恒定。但氣流壓力過高，流過噴嘴的壓差過大、流量過大會造成局部溫度過低，使得絲杠的溫度降低、長度收縮，同樣不能達到提高精度的目的。為了不致使殼體及周圍溫度過低，應控制氣流流過殼體的壓力和時間流量，并根據具體情況仔細調整空氣壓力和氣流的時間流量（時間與流量的乘積），當被冷卻的軸有運動時電磁閥打開，氣流進入殼體，流過絲母和絲杠的表面，給絲杠副降溫。當軸停止運動時電磁閥關閉，切斷氣流以避免絲杠副過度冷卻。用于冷卻的壓縮空氣必須是經過干燥的，并應加入油霧，以防止絲杠副生銹。對于濕度大的天氣情況和高濕的氣候條件應對殼體進行保溫，防止殼體的溫度低于空氣的露點溫度使濕空氣在殼體表面結露造成絲杠生銹。且保溫層有利于冷量的散失，減少空氣流量，節約能源。隨著環境溫度的變化應對冷卻的空氣進行適當的調整。經過調試使用效果很好，冷機、熱機狀態下的重復定位精度達到0.03 mm/400 mm以下，達到了滿意的效果。