高速滚珠丝杠副气液二元冷却系统设计与仿真

【引言】滚珠丝杠副是高档数控机床进给系统的主要传动部件。在高速滚珠丝杠副传动系统中，由于接触区域（丝杠螺母、轴承等）产生大量的热，导致丝杠产生热变形误差，从而影响机床加工精度并导致进给系统传动刚度降低。因此，如何抑制或降低滚珠丝杠副的热变形，对提高机床加工精度具有重要意义。目前，国内外普遍采用将冷却油通入空心丝杠进行强制循环冷却的办法来抑制滚珠丝杠的发热问题，这种全丝杠冷却方法在一定程度上带走了由于丝杠与螺母副之间摩擦而产生的热量。Ｋｉｍ等应用有限元方法研究了施加轴向预载荷的滚珠丝杠在不同转速和运行时间下的温度分布规律；Ｗｕ等研究了滚珠丝杠进给系统的温度变化和热变形情况，并用有限元法对滚珠丝杠的热特性进行了仿真分析；夏军勇等以传热学理论为基础，研究了滚珠丝杠受周期变化的多热源影响而产生的温度响应及其变化特性。但是，机床在实际加工过程中，丝杠螺母副并不是在整个丝杠长度上进行摩擦运动，而往往是在某些局部区域频繁相对运动，因而局部区域产生的热量也相对较多。对丝杠进行全行程冷却，只能整体降低丝杠的平均温升，并不能对运动摩擦相对频繁的局部产生的温升进行控制。