精密机床用滚珠丝杠副试验台的设计与开发

摘要

作为机床的传动部件，滚珠丝杠副的各项性能在很大程度上直接影响机床生产加工出的产品的质量。随着生产制造技术的不断提高，人们对滚珠丝杠副各项性能的要求也越来越高。我国在滚珠丝杠副各项性能指标上与国际先进水平还有很大差距，造成这些差距的原因除了原材料和加工设备的差距外，缺少试验检测设备和手段也是主要原因之一，因此设计一套能够检测滚珠丝杠副多项性能的试验台是非常必要的。
　　本文的主要内容包括:
　　首先，介绍滚珠丝杠副的特点和分类，并分别比较其各自的优缺点，然后列出试验台的整体构架设计方案。
　　其次，根据总体方案中的试验台的整体机械结构，分析整个试验台所受的外部载荷，列出各分力的计算公式;基于赫兹接触理论，对滚珠丝杠副中螺母滚道面与滚珠、丝杠滚道面与滚珠的接触特性分别进行分析。
　　再次，根据总体设计方案，选择合适的零部件，设计相应的机械结构，并对所测丝杠副进行预拉伸，提出安装要求，绘制了三维装配效果图。假定切削的工况一定，根据各切削力的计算公式，计算出各切削分力，利用ANSYS软件分析试验台的静应力和应变情况，比较试验台所受最大应力与材料屈服应力之间的大小，验证机械结构设计的合理性。
　　最后，选定伺服电机，再根据电机的型号选择驱动器，对两者进行连线，并对驱动器进行调试;为了使试验台的运动更加地自主化，本试验台选定YK2004运动控制卡作为控制器。根据选定的脉冲输出方式对运动控制卡和驱动器进行连线，并确定驱动方式。根据驱动方式，利用Labview编程软件通过调用动态链接库(DLL)中的子Ⅵ编写运动控制程序。
　　本文创新点:
　　(1)在原有试验台的基础上安装刀架和刀具，计算刀具所受切削过程的反作用力，并将其作为整个试验台的外部载荷。
　　(2)所选测试丝杠副包含单螺母副和双螺母副，根据实际情况采用不同的预紧方式处理。
　　(3)选用运动控制卡作为控制装置，运用编程软件自定义编程，更具有自主性。
　　目前试验台已加工完成，并按要求完成了安装和调试，通过计算机利用编写的控制程序运行试验台，试验台运行平稳。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 课题研究背景

1．2 课题研究意义及创新点

1．3 国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 研究内容

第2章 机床用滚珠丝杠副试验台整体构架设计

2．1 滚珠丝杠副特点及分类

2．1．1 滚珠丝杠副的特点

2．1．2 滚珠丝杠副的分类

2．2 滚珠丝杠副试验台的整体构架设计

2．3 本章小结

第3章 试验台整体受力分析和滚珠丝杠副接触特性

3．1 试验台整体受力分析

3．2 滚珠丝杠副的接触特性

3．2．1 赫兹点接触理论

3．2．2 螺母滚道面、丝杠滚道面与滚珠的接触分析

3．2．3 接触特性影响因素

3．3 本章小结

第4章 机械结构设计

4．1 零部件的选用

4．2 床身底板、工作台及刀架

4．2．1 床身底板的设计

4．2．2 工作台的设计

4．2．3 刀架的设计

4．3 试验台的安装

4．4 试验台应力应变分析

4．4．1 外部载荷计算

4．4．2 试验台在外部载荷作用下的应力应变分析

4．5 本章小结

第5章 电气结构及运动控制程序设计

5．1 伺服驱动系统的选择与调试

5．1．1 伺服电机的选择

5．1．2 驱动器的选择与接线

5．1．3 驱动器的调试

5．2 运动控制系统的选择与连接

5．2．1 运动控制系统的选择

5．2．2 控制系统的连接

5．3 运动控制程序设计

5．3．1 编程语言的选择

5．3．2 运动控制程序设计

5．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果