滚珠丝杠副刚度及其对定位精度的影响

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1、山东建筑大学硕士学位论文摘要作为数控机床直线驱动执行单元，滚珠丝杠副在机床行业得到广泛运用。滚珠丝杠副的定位精度很大程度上决定了数控机床的定位精度，随着数控机床向高速化、高精度化的方向发展，对滚珠丝杠副的性能提出了越来越高的要求。和滚珠丝杠副的热变形及螺旋线误差对定位精度的影响相比较，滚珠丝杠副轴向接触变形及轴向接触刚度对高速滚珠丝杠的定位精度的影响更加明显。本课题为国家自然科学基金资助项目“高速滚珠丝杠副动力学性能分析及试验研究”(No．506751241一部分，主要研究滚珠丝杠副轴向接触刚度的影响因素及其与定位精度的关系。设计开发了

2、“滚珠丝杠副静刚度测量仪”，使其适应工厂现代化生产质量检验、控制与管理的要求，主要研究内容如下：首先，利用微分几何方法对滚珠丝杠副进行数学建模，根据赫兹接触理论对滚珠丝杠副中滚珠的受力与变形进行分析研究；推导出了求解单螺母以及双螺母滚珠丝杠副轴向接触变形、轴向接触刚度的理论模型，绘出滚珠丝杠副轴向接触变形以及轴向接触刚度曲线；分析结构参数、工作载荷以及预紧力对滚珠丝杠副轴向接触刚度的影响。设计开发JS．GSl00滚珠丝杠副轴向静刚度测量仪，测量仪由下位机和上位机两部分组成。下位机以单片机作为控制核心，包括测力传感器和微位移传感器的选取、

3、信号处理电路设计、外扩电路设计和串口通信电路设计，并从硬件和软件两方面介绍系统所采取的抗干扰措施。上位机软件设计采用VB6．0语言设计，采用MSCOMM控件来控制接收下位机数据，实现采样数据的实时显示和保存、历史数据调用，并最终生成滚珠丝杠副轴向接触刚度检测报告，实现检测报告打印。利用滚珠丝杠副静刚度测量仪对G4010．3型单螺母滚珠丝杠副和GD4010．3型双螺母滚珠丝杠副进行刚度检测，通过理论计算结果与实际检测报告的对比，重点分析负载、结构参数对滚珠丝杠副轴向接触变形以及轴向接触刚度的影响，以及不同预紧载荷对双螺母滚珠丝杠副轴向接触

4、变形以及轴向接触刚度的影响；并利用滚珠丝杠副性能试验台对G4010．3型单螺母滚珠丝杠副和GD4010．3型双螺母滚珠丝杠副进行定位精度检测，分析预紧载荷对轴向定位精度的影响。关键词：滚珠丝杠副，赫兹接触，刚度，检测系统，定位精度山东建筑大学硕士学位论文ResearchonstiffnessofballscrewmechanismsandtheinfluenceofstiffnessonpositioningaccuracyZhangyuqing(SchoolofMechanicalandElectronicEngineering)Di

5、rectedbySongXianchunABSTRACTAStheLinearDriveexecutionunitofNCMachineTool，ballscrewmechanismshasbeenwidelyusedinthenumericalcontrolmachinetools，andgreatlypromotesthedevelopmentofnumericalcontrolmachinetools．Thepositionaccuracyofballscrewmechanismsdeterminestheprecisionlev

6、elofNCmachinetogreatextent．，withthedevelopmentofNCmachineorientedtohigh-speed，high—precision，theperformanceofballscrewunitisdemandedhigher．Theinfluenceofaxialcontactdeformationandaxialcontactstiffnessonthepositioningaccuracyofballscrewmechanismbecomesincreasinglyobvious，

7、aftertheinfluenceofthermaldeformationandhelixerrorhasbeeneliminated．ThisprojectispartofNationalNaturalScienceFoundationofChina(Grantnumber50675124)，mainlyresearchingtheaxialcontactstiffness’InfluencingFactorsofballscrewmechanismsandtherelationshipbetweenaxialcontactstiff

8、nessandpositioningaccuracy．Thepaperdeveloped“themeasureinstrumentforStaticStiffiaessofballscrewunit”，wh