滚珠丝杠副的降温以解决运动精度问题

张德隆

（合肥江航飞机装备有限公司，安徽合肥 230051）

滚珠丝杠现在已广泛使用在各种机械设备上，滚珠丝杠副与滑动丝杠副相比具有驱动力矩小、运动精度高、微进给无爬行、运动副无间隙、摩擦力小、发热小、运动速度高、效率高等优点。其缺点是价格高。滚珠丝杠由于精度的要求（正反转无间隙），钢球在丝杠丝母中间必受到一定的预应力。由于预应力的存在，丝杠长时间高速运行时仍不免因摩擦发热使得丝杠变长，其伸长量将多达0.1 mm/400 mm以上，影响机床的重复定位。上午与下午加工的工件有明显的误差。为提高设备精度，精密设备使用装有光栅尺的闭环控制系统，来解决精度问题，但闭环系统价格昂贵。对于开环系统要想提高精度，就要解决丝杠发热问题，或者将开环控制改成闭环控制，但改造费用约20余万元，对于旧设备的改造成本太高。或者将丝杠由一端支承改为两端支承，但是非常麻烦，安装的精度要求很高，且有些设备不具备安装条件，如果安装精度较差会影响丝杠副的使用寿命。因此针对丝杠发热的情况采用空气冷却装置对丝杠及丝母座进行冷却，以解决由于丝杠运转发热造成的精度问题，是既经济又有效的解决办法。

空气冷却装置包括一个套在丝母座上随丝母运动的壳体（壳体的轴线与丝母轴线重合，壳体与丝母座做有气流通道）和气流控制装置。丝杠从壳体中间穿过（丝杠与壳体不接触），并与壳体留有缝隙，使得气流可以从缝隙中流出，当空气进入壳体并从缝隙流出时，可把丝杠与丝母摩擦产生的热量带走。在壳体上装一个空气流量喷嘴，当压缩空气经过喷嘴喷出后，气体膨胀、压力下降吸收周围热量，使得壳体温度降低，壳体的温度略低于环境温度，这有利于带走丝杠副运动时产生的热量，维持丝杠的温度接近恒定。但气流压力过高，流过喷嘴的压差过大、流量过大会造成局部温度过低，使得丝杠的温度降低、长度收缩，同样不能达到提高精度的目的。为了不致使壳体及周围温度过低，应控制气流流过壳体的压力和时间流量，并根据具体情况仔细调整空气压力和气流的时间流量（时间与流量的乘积），当被冷却的轴有运动时电磁阀打开，气流进入壳体，流过丝母和丝杠的表面，给丝杠副降温。当轴停止运动时电磁阀关闭，切断气流以避免丝杠副过度冷却。用于冷却的压缩空气必须是经过干燥的，并应加入油雾，以防止丝杠副生锈。对于湿度大的天气情况和高湿的气候条件应对壳体进行保温，防止壳体的温度低于空气的露点温度使湿空气在壳体表面结露造成丝杠生锈。且保温层有利于冷量的散失，减少空气流量，节约能源。随着环境温度的变化应对冷却的空气进行适当的调整。经过调试使用效果很好，冷机、热机状态下的重复定位精度达到0.03 mm/400 mm以下，达到了满意的效果。