滚动直线导轨副摩擦力与精度检测仪器设计与试验分析

摘要

本课题以国家重大科技专项“高档数控机床滚动功能部件共性技术研发(2012ZX04002021)”为背景，针对滚动直线导轨副摩擦力与精度指标进行研究。课题完成了滚动直线导轨副摩擦力与精度检测仪器的研制，包括机械结构的设计，测控系统的搭建，操作软件的开发，试验方法的制定及试验数据的分析。
　　课题首先探讨了现阶段国内在滚动直线导轨副摩擦力与精度的检测上存在的不足，同时对现阶段已有的研究方法及试验仪器进行整理，在此基础上提出了滚动直线导轨副摩擦力与精度检测的试验需求。
　　根据试验需求，提出了相应的解决措施。课题明确了试验仪器的主要性能指标，检测范围及检测参数。在此基础上对试验仪器的总体方案进行设计，包括试验仪器的检测原理，试验仪器的检测环境，试验仪器的驱动方案，试验仪器的传感测试技术及试验仪器的床身方案。
　　在总体设计的基础上，对试验仪器进行优化设计。具体设计内容主要为机械结构设计，测控系统设计及操作软件设计。运用Pro/Engineer，AutoCAD及ANSYS软件对试验仪器的床身部件、工作台部件、被测导轨放置架部件、测量架部件进行三维建模及二维加工图纸绘制，并对关键部件进行有限元优化设计。根据测量参数要求，对试验仪器的测控系统进行搭建，包括传感器的选择，数据采集板卡的选择及电气电路的设计。运用Visual C++编译软件开发试验仪器的操作软件，实现人机交互，数据分析及报表显示打印。
　　试验仪器制造加工及装配调试完成后，制定试验方法，试验步骤及注意事项，对试验样本进行检测，同时验证试验仪器的准确度及重复性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题来源及意义

1．2 国内外滚动直线导轨副研究现状

1．2．1 精度研究现状

1．2．2 摩擦力研究现状

1．2．3 国内外研究理念分析

1．3 现阶段研究存在的主要问题

1．4 课题意义及主要研究内容

1．4．1 课题背景及意义

1．4．2 课题主要研究内容

1．5 本章小结

2 总体方案设计

2．1 试验仪器性能指标设计

2．1．1 试验仪器适配产品范围设计

2．1．2 试验仪器适配场地及环境设计

2．2 试验仪器测量原理方案设计

2．2．1 相对测量方案的提出

2．2．2 绝对测量方案的提出

2．2．3 摩擦力测量方案的提出

2．3 试验仪器驱动方案设计

2．3．1 驱动系统的设计要求

2．3．2 直线电机驱动方案

2．3．3 滚珠丝杠副方案

2．3．4 滚轮齿条驱动方案

2．3．5 驱动方案的比较分析

2．4 试验仪器传感测试方案设计

2．4．1 接触式位移传感器技术

2．4．2 非接触式激光位移传感器

2．4．3 力传感器的选择

2．5 试验仪器床身结构设计

2．5．1 床身结构设计

2．5．2 床身结构的模态分析

2．6 本章小结

3 试验仪器的结构及软硬件设计

3．1 床身部件结构设计

3．1．1 床身部件组成结构

3．1．2 主导轨副的选型及校核

3．1．3 主导轨副的装配方法

3．2 工作台部件结构设计

3．2．1 工作台部件组成结构

3．2．2 工作台部件的装配方法

3．3 被测导轨放置架部件结构设计

3．3．1 被测导轨放置架部件组成结构

3．3．2 被测导轨放置架部件的装配方法

3．4 测量架部件结构设计

3．4．1 测量架部件组成结构

3．4．2 测量架部件的装配方法

3．5 试验仪器总体结构及精度指标

3．5．1 试验仪器整体结构及特点

3．5．2 试验仪器几何精度检测

3．6 试验仪器测控系统设计

3．6．1 位移信号采集系统设计

3．6．2 力信号采集系统设计

3．6．3 伺服控制系统设计

3．6．4 长光栅定位信号采集系统设计

3．6．5 防撞系统设计

3．6．6 测控系统整体电气电路

3．7 试验仪器操作软件设计

3．7．1 界面显示模块

3．7．2 测试控制模块

3．7．3 数据存储模块

3．7．4 报表打印模块

3．8 本章小结

4 试验仪器的试验分析

4．1 摩擦力与精度检测试验方法

4．1．1 试验条件

4．1．2 试验步骤

4．1．3 注意事项

4．2 试验仪器精度的准确度验证

4．2．1 导轨的静态测量

4．2．2 仪器准确度评估

4．3 试验仪器精度重复性验证

4．4 某型号导轨副的试验分析

4．5 本章小结

5 总结与展望

5．1 论文主要研究成果与结论

5．2 展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表或录用的论文及申请的专利