切削加工過(guò)程的精度受到所使用機(jī)床設(shè)備靜態(tài)、動(dòng)態(tài)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(duì)滾珠絲杠傳遞機(jī)構(gòu)的熱變化特性進(jìn)行了檢測(cè)。
有人預(yù)測(cè)：切削加工機(jī)床的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能會(huì)越來(lái)越好，這樣就可以明顯的減少它們對(duì)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(lái)越大。在過(guò)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(jī)床的熱變形影響時(shí)，要把外部因素的熱變形影響和內(nèi)部因素的熱變形影響區(qū)分開(kāi)來(lái)。金切加工機(jī)床的內(nèi)部熱源和降低內(nèi)部熱源帶來(lái)的溫度升高都可以采用主動(dòng)式（滾珠軸承絲杠、線性導(dǎo)軌）和被動(dòng)式（機(jī)床床身）等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
非均質(zhì)的溫度場(chǎng)能夠?qū)е耇CP的偏移
熱源和降溫共同作用的結(jié)果是一個(gè)非均質(zhì)的溫度場(chǎng)；一個(gè)在機(jī)床設(shè)備內(nèi)部、會(huì)導(dǎo)致刀具中心點(diǎn)控制（TCP）出現(xiàn)位移的非均質(zhì)溫度場(chǎng)。基于這一原因，亞琛工業(yè)大學(xué)（RWTH）的機(jī)床實(shí)驗(yàn)室（WZL）對(duì)金切加工機(jī)床部件的熱變化特性進(jìn)行了檢驗(yàn)測(cè)試（圖1）。為進(jìn)行這一試驗(yàn)，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)制造了一套試驗(yàn)設(shè)備，從而能夠有目的的對(duì)滾珠絲杠這類(lèi)機(jī)床部件在各種影響參數(shù)和變量的作用下進(jìn)行檢測(cè)和試驗(yàn)。
試驗(yàn)臺(tái)中的滾珠絲杠支承方式
安裝在試驗(yàn)臺(tái)上待檢的滾珠絲杠（KGT）的直徑為30mm，絲杠導(dǎo)軌為20mm（圖2）。經(jīng)牙嵌式離合器把伺服電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠連接成一體，驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。滾珠絲杠的滾珠螺母經(jīng)測(cè)力傳感器與試驗(yàn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)連接。通過(guò)多個(gè)應(yīng)變片，測(cè)力傳感器能夠測(cè)定出熱變形時(shí)、與摩擦力成比例的軸向力大小。
在運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)的下方安裝了一臺(tái)線性電動(dòng)機(jī)，由它產(chǎn)生阻止滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的阻力。這一試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)屬于滾珠絲杠的游動(dòng)軸承支承方式，其中的固定軸承位置為滾珠絲杠的驅(qū)動(dòng)側(cè)。
在測(cè)定穩(wěn)定均衡狀態(tài)下滾珠絲杠的熱變化特性時(shí)，檢測(cè)是在連續(xù)工作的狀態(tài)下進(jìn)行的。為了使?jié)L珠絲杠達(dá)到穩(wěn)定的均衡狀態(tài)，伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠進(jìn)行4h的恒速往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在這一時(shí)間段內(nèi)沿上蓋螺母、測(cè)力傳感器和床身熱流方向貼附的PT-100感溫元件進(jìn)行溫度檢測(cè)。
試驗(yàn)臺(tái)具有遮陽(yáng)罩和防風(fēng)罩，為控制試驗(yàn)過(guò)程的溫度對(duì)環(huán)境溫度也進(jìn)行了檢測(cè)和記錄，這樣就可以對(duì)外部環(huán)境溫度的影響進(jìn)行修正了，或者避免外部環(huán)境溫度對(duì)檢測(cè)、試驗(yàn)產(chǎn)生影響。輔助的電渦流傳感器在滾珠絲杠的端面進(jìn)行檢測(cè)，從而可以測(cè)定出滾珠絲杠軸向伸長(zhǎng)量的變化。
熱變化特性與滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速有關(guān)
為了能夠系統(tǒng)地評(píng)判滾珠絲杠的熱變化特性，首先對(duì)不同轉(zhuǎn)速下的溫度變化情況進(jìn)行了考察。圖3所示曲線就是不同轉(zhuǎn)速時(shí)KGT絲杠螺母的溫度曲線，它清楚的表現(xiàn)出指數(shù)曲線的特性：當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，例如10m/min時(shí)，絲杠螺母穩(wěn)定平衡時(shí)的溫度為29℃。滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速越高，整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡溫度也就越高。當(dāng)滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速達(dá)到最高的40m/min時(shí)，穩(wěn)定平衡時(shí)的溫度則高達(dá)31℃。
根據(jù)試驗(yàn)可以得出這樣的結(jié)論：滾珠絲杠的熱變化特性與滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速有關(guān)。與發(fā)熱變化有關(guān)的結(jié)果自然就是不同的軸向伸長(zhǎng)量（圖4）。在滾珠絲杠達(dá)到最高運(yùn)動(dòng)速度40m/min時(shí)，滾珠絲杠的軸向伸長(zhǎng)量最大可達(dá)65μm。這里也可以看出與速度之間的相互關(guān)系。根據(jù)滾珠絲杠在機(jī)床設(shè)備中的具體安裝、位置情況，實(shí)際的滾珠絲杠最大軸向伸長(zhǎng)量與理論伸長(zhǎng)量有著明顯的差異。
除了部件發(fā)熱這一現(xiàn)象之外，也對(duì)滾珠絲杠向周?chē)悴考纳崆闆r進(jìn)行了研究（圖5）。滾珠絲杠螺母經(jīng)測(cè)力傳感器散發(fā)的熱流可以直達(dá)游動(dòng)軸承的軸承座處，使軸承座處的溫度提高3℃。驅(qū)動(dòng)側(cè)的固定軸承座的溫度也提高了相同的溫度；也就是說(shuō)：溫度散發(fā)的相當(dāng)均勻，工作滑臺(tái)的溫度僅提高了1℃。
在將來(lái)的試驗(yàn)中，將進(jìn)一步對(duì)其他影響因素，例如滾珠絲杠螺母密封系統(tǒng)、線性電動(dòng)機(jī)有目的地施加阻力負(fù)載時(shí)的情況或者其他部件、預(yù)緊力等級(jí)等影響因素的作用進(jìn)行研究和考察。
在滾珠絲杠熱變化特性試驗(yàn)中，使用的試驗(yàn)臺(tái)允許設(shè)置不同的影響因素變量。這一試驗(yàn)臺(tái)還能同時(shí)完成受力大小的檢測(cè)，這就有可能測(cè)定出大多數(shù)的摩擦力。溫度分布的情況采用了探針接觸式檢測(cè)方法，沿?zé)崃鞣较蜻M(jìn)行了檢測(cè)。第一次檢測(cè)就得到了與滾珠絲杠轉(zhuǎn)速有關(guān)的熱傳導(dǎo)。當(dāng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)速較低為10m/min時(shí)，最熱的零件滾珠絲杠螺母的溫度也只有29℃。
當(dāng)滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速提高一倍時(shí)，溫度也上升1℃達(dá)到30℃。當(dāng)進(jìn)一步提高滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速時(shí)，可以確定滾珠絲杠螺母的溫度會(huì)進(jìn)一步提高。
