滚珠丝杠副摩擦力矩试验台设计.doc
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滚珠丝杠副摩擦力矩试验台设计.doc
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滚珠四个分3试验台结构设计
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毕业设计(论文)
滚珠丝杠副摩擦力矩试验台设计
Ballscrewfrictiontorquetestrigdesign
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摘要
滚珠丝杠副作为数控机床的关键部件,其制造水平的高低在很大程度上决定了数控机床的精度高低。
随着数控机床向高速化、高精度化、复合化与环保化方向发展,对滚珠丝杠副的性能提出了越来越高的要求。
摩擦力矩是滚珠丝杠副的重要性能参数,其变动量对滚珠丝杠副的动态性能有很大影响。
为了找出影响摩擦力矩波动的因素,改善其摩擦性能,我们设计了滚珠丝杠副摩擦力矩试验台,为有效改进高速滚珠丝杠副的结构及工艺提供指导。
本课题主要通过设计研究出一套可以测量不同结构滚珠丝杠副摩擦力矩的试验台。
本文首先介绍了本课题的背景研究现状及意义,随后提出试验台的总体设计,之后对试验台的结构设计进行了进一步优化,通过对滚珠丝杠副安装方式的研究,经过不同方案的选择,确定出最佳方案。
对传感器安装和选择也是多番比较,最终得出合理方案、而后电机选择以及后续测量到数据的处理。
最后得出了滚珠丝杠副摩擦力矩试验台。
关键词:
滚珠丝杠副;摩擦力矩;方案设计;试验台
Abstract
BallscrewCNCmachinetoolsasakeycomponent,thelevelofitsmanufacturinglargelydeterminesthelevelofprecisionCNCmachinetools.WithCNCmachinetoolstohigh-speed,highprecision,complexandenvironmentally-orienteddevelopment,theperformanceofballscrewtothegrowingdemand.Frictionballscrewmomentisanimportantperformanceparameters,itsvolumechangeshaveasignificantimpactonthedynamicperformanceoftheballscrewpair.Inordertofindoutthefactorsaffectingthefrictiontorquerippleandimprovetheirfrictionproperties,wehavedesignedaballscrewfrictiontorquetestriginordertoeffectivelyimprovethestructureandprocesshigh-speedballscrewdeputytoprovideguidance.
Themaintopicofadifferentstructurecanmeasureballscrewfrictiontorquetestrigdevelopedbydesign.Thispaperintroducesthebackgroundandsignificanceofthisissueofthestatusquo,thenraisedtheoveralldesigntestbench,aftertest-bedforthestructuraldesignwasfurtheroptimized,throughthestudyofballscrewinstallation,afterselectingadifferentprogram,todeterminethebestsolution.Sensorinstallationandchoiceismuchcomparison,andfinallyareasonableplan,andthenthemotorselectionandsubsequentmeasurementstotheprocessingofdata.Theconclusionthattheballscrewfrictiontorquetestrig.
Keywords:
Ballscrew;frictiontorque;design;TestBench
目录
摘要 3
Abstract 4
1绪论 6
1.1研究背景 6
1.2研究现状及意义 7
1.3论文研究的主要内容 8
2试验台的总体设计 9
2.1试验台的设计原则 9
2.2试验台设计的功能要求 10
2.3试验台的总体设计方案 10
3试验台结构设计 12
3.1电机选择设计 12
3.1.1电机分析 12
3.1.2电机确定 13
3.2轴承的计算分析 13
3.3滚珠丝杠副安装方式的设计 15
3.4传感器选择及安装设计 15
3.4.1传感器的选择 15
3.4.2测力传感器安装设计 16
3.4.3传感器移动机构的设计 18
3.5导轨的选择 19
3.5.1导轨材料的选择 19
3.5.2导轨截面的选择 19
3.6移动轴承座的设计 20
4数据采集及处理 21
4.1软件总体构成 22
4.2硬件电路设计 22
4.3.AD采样设计 22
4.3,1模块的介绍 22
4.3,2采样设计 23
4.4初始化参数设置 24
4.5串口通信的选择 24
4.6打印数据 25
结论 27
参考文献 28
1绪论
1.1研究背景
现如今数控机床和各种一体化的设备都往着高速、高精度、高可靠性及绿色方向发展,故而对其中各类零部件的要求也越来越高。
滚珠丝杠副作为在高精密设备中的重要部件,是确定线性位移的关键之一,所以其的技术要求越来越高。
现在随着滚珠丝杠在工作过程中的运动速度在不断的上升,在高速加工中心的快移速度要求甚至达到60m/min以上,使得如今使用的传统的分析方法和理念都已经无法满足产品的制造要求,势必要发展新方法来实现。
运用伺服电机配合滚珠丝杠副已经成为机械高速化的研究新方向。
为了达到准确的位置精度和流畅性,可以选择滚珠丝杠成为机床的驱动装置来实现,而为了能够实现工件的加工时间的减少,各类高速丝杠副如雨后春笋般地发展了起来。
在海外,他们的企业大部分都具备相当完善的检测试验装备和仪器,同样也有着完善的产品性能数据库,而所做的这些都能为其后续研发新产品奠定了良好的基础和技术保证,达到事半功倍的效果。
然而在国内,大部分企业都在忙于生存,无法拿出资金和精力来研发,造成恶性循环,不过近年来有了一定的好转。
而摩擦力矩对于滚珠丝杠副的影响也是巨大的,作为滚珠丝杠副一个主要的性能参数,其对滚珠丝杠副的影响是方方面面的,例如摩擦力矩要是偏大就会降低丝杠副的传动效率、增加能量的损耗、增加振动和噪音甚至降低工件的使用寿命等等。
所以如何改善滚珠丝杠副的摩擦性能,来提升产品的加工质量和进给机构的控制精度十分重要,而滚珠丝杠副摩擦力矩检测试验在这里也可以说是至关重要的。
1.2研究现状及意义
1)研究的现状
国内对于滚珠丝杠副摩擦力矩的研究虽说不多,当也有几位前辈有不错的研究成果。
滚珠丝杠副在摩擦力的研究方向中,孙健利[1]、刘建素[2]、张朝辉[3]研究了在不同接触条件下,滚动的直线导轨的差动滑动摩擦力的变化,并加以推论得出相关系列公式,有了一定的成功。
从制造误差及反向器冲击方向方面,黄寿荣、黄家贤二人[4]通过实验研究,对滚珠丝杠副摩擦力矩有了更深入的分析。
在国外,上世纪70年代就有了对滚珠丝杠副摩擦力矩的测量系统,之后更是创造性地将微机系统加入到测量系统实现对数据的处理[5],从此测量精度得到大幅度的提高。
国内也有不少人在试验台研究方面有所进展,其中代表BTJS.001型高速滚珠丝杠副综合试验台[5]。
该试验台能够测量的丝杠最大长度可达2000mm,最小可测直径,最大可达,而该试验台实际工作行程低于1800mm;在测量的过程中,工作台的移动速度可能会达到60mm/min的高速。
该试验台可以实现负载状态下的加速度大小、速度大小、定位精度以及丝杠热伸长的实时检测。
在控制系统的方面,该试验台选择了来自日本三菱公司的单轴数控系统,该数控系统具备高分辨率高效的优势。
而上位机软件方面,自然选用进行编写,最为常用以及简易。
当各类数据被检测出来后,将其通过计算机的出来,然后通过硬盘保存数据之后也可以打印出相关的数据报告。
该试验台的实际测试试验都是有很大作用的,通过这些测验数据可以为之后滚珠丝杠副的结构优化和装配工艺提供参考数据,希望可以慢慢减少与国外先进水平之间的差距。
摩擦力矩对于滚珠丝杠副来说极为重要,它可以影响滚珠丝杠副能量的损耗,也会造成滚珠丝杠副温度变化、振动幅度的改变以及噪声声贝的影响。
因此,在滚珠丝杠副出厂之前,摩擦力矩的测量是极为重要的一个指标。
现如今国内已经逐渐重视对滚珠丝杠副摩擦力矩的研究,设计了其摩擦力矩检测仪器,但检测仪器功能还需进一步完善,仍有大量实验有待于去分析、深入。
2)研究意义
我国对于滚珠丝杠副的起步晚,而随着国际市场竞争越发激烈,对滚珠丝杠副高速化精度化要求越来越高。
我国必须要提升滚珠丝杠副产品创新也要保证产品的质量。
而从历史数据看出国内外滚珠丝杠副性能要求中的差距,国内被国外甩出了火星。
造成如此大差距的原因有很多,国内大部分厂家不注重试验只顾着制造是一大原因。
而试验测量与制造的关系就是秤不离砣,如果为了降低成本减少时间,而在制造之前不进行测量试验,那么制造出来的产品就得不到质量的保证,实际上是变相的降低了工作效率。
唯有进行众多试验测试才能提高制造的水平。
如今数控机床向高速化发展,现有结构的滚珠丝杠副已经无法胜任,出现了发热变形、噪声加大、定位失准等等的现象。
如果值()的更加,可能会直接对丝杠副结构进行破坏,而这些现象里面都能看到摩擦力矩的影响。
因而设计出滚珠丝杠副摩擦力矩试验台是一个具有极大意义的课题。
1.3论文研究的主要内容
此次论文要通过试验研究,设计出能够适应于不同结构的滚珠丝杠副摩擦力矩测量的试验台。
论文的主要内
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- 滚珠 丝杠副 摩擦 力矩 试验台 设计