三米滾珠絲杠螺距精度動態(tài)測量系統(tǒng)研究
字?jǐn)?shù) 34491

摘 要
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
精密滾珠絲杠副是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵功能部件，研究高精度的絲杠螺距精度動態(tài)測量方法和儀器組成具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。
論文首先介紹了絲杠的發(fā)展現(xiàn)狀和常用絲杠精度的動態(tài)測量方法，詳細(xì)敘述了測量儀中使用的高頻脈沖細(xì)分計數(shù)法的測量原理。
研制了專門的相位差測量電路，完成了相位差自動測量。測量過程不需要處理器干預(yù)，并且測量電路由邏輯電路組成，實時性高，因此具有很高的測量精度。
并且設(shè)計了兩路獨立的脈沖發(fā)生器代替實際圓光柵和直光柵傳感器信號，來校驗測量儀的精度。多次試驗表明該測量儀具有很高的精度，理論上測量系統(tǒng)的分辨精度可達(dá)0.1微米。
對現(xiàn)有的測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行了修改完善，增加了系統(tǒng)的錯誤診斷功能。操作人員可以根據(jù)提示，及時排除儀器故障。
最后利用VB軟件的定時器產(chǎn)生一組變化已知的數(shù)據(jù)來模擬螺距誤差，對絲杠精度分析部分進(jìn)行了精度驗證。實驗表明該軟件算法正確。
對影響螺距精度動態(tài)測量儀精度的因素進(jìn)行了理論分析，分析計算了測量儀的綜合測量精度，結(jié)果表明其精度在設(shè)計要求之內(nèi)。該測量儀可以測量三米長度內(nèi)的螺距累積誤差，具有較大的實際應(yīng)用價值。


關(guān)鍵詞：滾珠絲杠；螺距精度；動態(tài)測量；脈沖細(xì)分比相；相位差測量
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
第一章 緒 論 1
1.1滾珠絲杠發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.1.1滾珠絲杠副的主要發(fā)展方向 1
1.1.2 當(dāng)前絲杠行業(yè)發(fā)展存在的問題 3
1.2 絲杠動態(tài)測量系統(tǒng)的概況和現(xiàn)狀 3
1.3 測量方法綜述 5
1.3.1 動態(tài)測量方法原理 5
1.3.2 比相測量方法 6
1.3.3 計數(shù)測量方法 9
1.3.4 本測量儀選用的方法 10
1.4 課題來源 10
1.5 論文結(jié)構(gòu) 11
第二章 絲杠螺距精度動態(tài)測量儀整體方案設(shè)計 12
2.1 床身部分方案確定 12
2.1.1床身選材 12
2.1.2 螺母小車結(jié)構(gòu)改造 12
2.1.3 轉(zhuǎn)角和位移傳感器選擇 12
2.1.4 測量儀整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 13
2.1.5 光柵位移檢測裝置介紹 14
2.2 誤差測量部分方案設(shè)計 15
2.2.1 測量儀硬件系統(tǒng)方案設(shè)計 15
2.2.2 計數(shù)器D71054工作原理 16
2.2.3 JK觸發(fā)器74LS112工作原理 20
2.3 本章小結(jié) 22
第三章 絲杠螺距精度動態(tài)測量儀硬件電路設(shè)計 23
3.1測量方法簡介 23
3.1.1 傳統(tǒng)脈沖細(xì)分測量方法 23
3.1.2 測量儀中微機(jī)細(xì)分計數(shù)測量方法 24
3.2相位差測量電路設(shè)計 25
3.2.1相位t1、 測量過程 25
3.2.2 相位t2、 細(xì)分脈沖測量 27
3.2.3傳感器信號的測量電路 29
3.2.4 相位測量電路初始化程序 30
3.3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 33
3.3.1 單片機(jī)選型 33
3.3.2 數(shù)碼顯示電路設(shè)計 34
3.3.3 按鍵擴(kuò)展電路設(shè)計 36
3.3.4 串行通訊接口設(shè)計 37
3.4 誤差測量過程中問題分析解決 38
3.4.1 計數(shù)器D71054方式2工作特點 38
3.4.2 細(xì)分脈沖測量過程中問題解決 38
3.4.3傳感器信號實際測量過程中問題解決 39
3.4.4 采樣時刻CLK電平狀態(tài)的檢測 41
3.5 模擬光柵信號發(fā)生器設(shè)計 41
3.6相位測量電路誤差分析 43
3.7系統(tǒng)程序流程 44
3.8 測量儀電路抗干擾設(shè)計 45
3.8.1 抑制干擾源 45
3.8.2 切斷干擾傳播路徑的常用措施 45
3.8.3 提高敏感器件的抗干擾性能 46
3.9 本章小結(jié) 46
第四章 絲杠螺距精度動態(tài)測量儀軟件系統(tǒng)設(shè)計 47
4.1 測量儀軟件系統(tǒng)介紹 47
4.2 VB串口通訊部分程序設(shè)計 48
4.2.1 串行口控件MSComm初始化程序 48
4.2.2 串口中斷處理程序 48
4.3 誤差曲線實時顯示程序 49
4.4 誤差分析與計算 50
4.4.1 滾珠絲杠主要參數(shù)分析及計算 50
4.4.2 絲杠副行程變動量求取的優(yōu)化算法 51
4.4.3 誤差分析計算程序設(shè)計 53
4.5 本章小結(jié) 55
第五章 絲杠螺距精度動態(tài)測量儀精度分析 56
5.1 影響絲杠螺距誤差測量精度的主要因素 56
5.1.1 與絲杠長度無關(guān)的誤差 56
5.1.2 與絲杠長度有關(guān)的誤差 56
5.2 測量誤差分析 57
5.2.1.測量儀工作臺運動平穩(wěn)性對絲杠螺距測量精度的影響 57
5.2.2.測量儀主軸徑向跳動引起的螺距測量誤差 58
5.2.3.絲杠的軸向竄動和徑向跳動引起的測量誤差 59
5.2.4.阿貝誤差 59
5.2.5.測量系統(tǒng)：角度和直線傳感器總誤差（圓光柵，長光柵） 60
5.2.6.絲杠由于溫度變化引起的測量誤差。 63
5.2.7.絲杠與主軸偏心所帶來的誤差 64
5.2.8.工件變形誤差 65
5.2.9.頭尾架頂尖連線與工作臺移動的不平行度 65
5.3 絲杠測量儀的總體精度分析 66
5.4 本章小結(jié) 67
結(jié) 論 68
參考文獻(xiàn) 69
致 謝 73
74


參考文獻(xiàn)
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[5] 宋現(xiàn)春.精密滾珠絲杠磨削誤差及其激光反饋補(bǔ)償系統(tǒng)研究[D]. 山東大學(xué)，博士學(xué)位論文，2001，4