三米滾珠絲杠螺距精度動(dòng)態(tài)測(cè)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(dòng)態(tài)測(cè)量方法和儀器組成具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)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(dòng)態(tài)測(cè)量方法，詳細(xì)敘述了測(cè)量?jī)x中使用的高頻脈沖細(xì)分計(jì)數(shù)法的測(cè)量原理。
研制了專門的相位差測(cè)量電路，完成了相位差自動(dòng)測(cè)量。測(cè)量過(guò)程不需要處理器干預(yù)，并且測(cè)量電路由邏輯電路組成，實(shí)時(shí)性高，因此具有很高的測(cè)量精度。
并且設(shè)計(jì)了兩路獨(dú)立的脈沖發(fā)生器代替實(shí)際圓光柵和直光柵傳感器信號(hào)，來(lái)校驗(yàn)測(cè)量?jī)x的精度。多次試驗(yàn)表明該測(cè)量?jī)x具有很高的精度，理論上測(cè)量系統(tǒng)的分辨精度可達(dá)0.1微米。
對(duì)現(xiàn)有的測(cè)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(cuò)誤診斷功能。操作人員可以根據(jù)提示，及時(shí)排除儀器故障。
最后利用VB軟件的定時(shí)器產(chǎn)生一組變化已知的數(shù)據(jù)來(lái)模擬螺距誤差，對(duì)絲杠精度分析部分進(jìn)行了精度驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)表明該軟件算法正確。
對(duì)影響螺距精度動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)x精度的因素進(jìn)行了理論分析，分析計(jì)算了測(cè)量?jī)x的綜合測(cè)量精度，結(jié)果表明其精度在設(shè)計(jì)要求之內(nèi)。該測(cè)量?jī)x可以測(cè)量三米長(zhǎng)度內(nèi)的螺距累積誤差，具有較大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。


關(guān)鍵詞：滾珠絲杠；螺距精度；動(dòng)態(tài)測(cè)量；脈沖細(xì)分比相；相位差測(cè)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(wèn)題 3
1.2 絲杠動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的概況和現(xiàn)狀 3
1.3 測(cè)量方法綜述 5
1.3.1 動(dòng)態(tài)測(cè)量方法原理 5
1.3.2 比相測(cè)量方法 6
1.3.3 計(jì)數(shù)測(cè)量方法 9
1.3.4 本測(cè)量?jī)x選用的方法 10
1.4 課題來(lái)源 10
1.5 論文結(jié)構(gòu) 11
第二章 絲杠螺距精度動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)x整體方案設(shè)計(jì) 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(cè)量?jī)x整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
2.1.5 光柵位移檢測(cè)裝置介紹 14
2.2 誤差測(cè)量部分方案設(shè)計(jì) 15
2.2.1 測(cè)量?jī)x硬件系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 15
2.2.2 計(jì)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(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)x硬件電路設(shè)計(jì) 23
3.1測(cè)量方法簡(jiǎn)介 23
3.1.1 傳統(tǒng)脈沖細(xì)分測(cè)量方法 23
3.1.2 測(cè)量?jī)x中微機(jī)細(xì)分計(jì)數(shù)測(cè)量方法 24
3.2相位差測(cè)量電路設(shè)計(jì) 25
3.2.1相位t1、 測(cè)量過(guò)程 25
3.2.2 相位t2、 細(xì)分脈沖測(cè)量 27
3.2.3傳感器信號(hào)的測(cè)量電路 29
3.2.4 相位測(cè)量電路初始化程序 30
3.3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 33
3.3.1 單片機(jī)選型 33
3.3.2 數(shù)碼顯示電路設(shè)計(jì) 34
3.3.3 按鍵擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 36
3.3.4 串行通訊接口設(shè)計(jì) 37
3.4 誤差測(cè)量過(guò)程中問(wèn)題分析解決 38
3.4.1 計(jì)數(shù)器D71054方式2工作特點(diǎn) 38
3.4.2 細(xì)分脈沖測(cè)量過(guò)程中問(wèn)題解決 38
3.4.3傳感器信號(hào)實(shí)際測(cè)量過(guò)程中問(wèn)題解決 39
3.4.4 采樣時(shí)刻CLK電平狀態(tài)的檢測(cè) 41
3.5 模擬光柵信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì) 41
3.6相位測(cè)量電路誤差分析 43
3.7系統(tǒng)程序流程 44
3.8 測(cè)量?jī)x電路抗干擾設(shè)計(jì) 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(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)x軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 47
4.1 測(cè)量?jī)x軟件系統(tǒng)介紹 47
4.2 VB串口通訊部分程序設(shè)計(jì) 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(shí)時(shí)顯示程序 49
4.4 誤差分析與計(jì)算 50
4.4.1 滾珠絲杠主要參數(shù)分析及計(jì)算 50
4.4.2 絲杠副行程變動(dòng)量求取的優(yōu)化算法 51
4.4.3 誤差分析計(jì)算程序設(shè)計(jì) 53
4.5 本章小結(jié) 55
第五章 絲杠螺距精度動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)x精度分析 56
5.1 影響絲杠螺距誤差測(cè)量精度的主要因素 56
5.1.1 與絲杠長(zhǎng)度無(wú)關(guān)的誤差 56
5.1.2 與絲杠長(zhǎng)度有關(guān)的誤差 56
5.2 測(cè)量誤差分析 57
5.2.1.測(cè)量?jī)x工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性對(duì)絲杠螺距測(cè)量精度的影響 57
5.2.2.測(cè)量?jī)x主軸徑向跳動(dòng)引起的螺距測(cè)量誤差 58
5.2.3.絲杠的軸向竄動(dòng)和徑向跳動(dòng)引起的測(cè)量誤差 59
5.2.4.阿貝誤差 59
5.2.5.測(cè)量系統(tǒng)：角度和直線傳感器總誤差（圓光柵，長(zhǎng)光柵） 60
5.2.6.絲杠由于溫度變化引起的測(cè)量誤差。 63
5.2.7.絲杠與主軸偏心所帶來(lái)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(tái)移動(dòng)的不平行度 65
5.3 絲杠測(cè)量?jī)x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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