三维测头数据采集模板设计2.docVIP

3 CNC齿轮测量中心Z轴传动系统设计 CCZ40A型齿轮测量中心机械本体由底座、大理石平台、直线导轨、滑架、主轴测微仪及上顶尖柱等部分组成。它的工作台采用大理石工作台，大理石平台安装在底座上, T轴、Z轴、R轴分布于工作台之上。切向T、轴向Z和径向R导轨自下而上布局，将对测量精度影响最大的切向导轨放在最底层，有利于保证机械精度。通过计算机控制,三个直线运动轴(R向、T向、Z向 )和一个旋转运动轴(θ)在各自的伺服系统驱动下实现联动。根据被测工件的参数,使三个直线运动轴上的测微仪相对随旋转坐标轴转动的工件产生所需要的测量运动。在整个测量过程中,计算机采集存贮测微仪的偏移量和同一时刻各运动轴实际坐标值,经过数据处理,与被测项目的理论值比较,得出测量结果。整个测量过程由计算机自动完成。导轨采用了封闭式密珠结构，消除了换向时滑台的扭摆。径向传动采用了密珠导轨加测杆移动锁紧结构，既满足了基圆长度变化的要求，又不需要传统导轨的力度，提高了定位和测量精度。传动系统采用滚珠丝杠副。滚珠丝杠副传动系统采用交流伺服电机驱动，相对于采用步进电机带动滚珠丝杠的进给方案，交流伺服电机有着其独到的优点： 1）闭环控制。驱动器实时监测电机位置，能有效保证系统的安全，不存在象步进电机的丢步问题； 2）无震动。震动是步进电机的固有缺陷，无法克服；而伺服电机不存在震动的问题； 3）发热量小，效率高。步进电机无论有无负载，均按照设定电流运行，而伺服电机根据负载大小，实时调整电流大小。所以，步进电机发热量大，而伺服电机发热量比较小； 4）转速范围大。步进电机一般工作在1000RPM以下，而伺服电机可以达到10000RPM； 3.2 CNC齿轮测量中心Z轴机械结构总体方案的确定 Z轴是测量中心T轴之上的一个传动结构，它的运动带动其上R轴运动。 总体方案如图3.1所示。 图3.1 Z轴布局图 1.配重 2.支柱 3.Z轴导轨 4.R轴底板 3.2.1配重的计算 为了保证Z轴在测量的过程中平稳运动，须给Z轴加配重，配重和Z轴部分的相对位置如图3.7所示。根据力的平衡公式,（式中为配重的重力，为Z轴部分的重力），可知，即。本系统设计中。Z轴的重量为丝杠副中螺母的重量、Z轴基板的重量和基板上R轴的重量。相对于R轴和Z轴基板的重量，丝杠副中螺母的重量可忽略。有45刚制作的Z轴底板的尺寸为：L=420，H＝40，D＝370，＝7.85.，知＝=48.7956。估算用45钢制作的R轴重量也为48.7956，故配重的质量约为97.5922。 图3.7 Z轴与配重布局 3.2.2传动系统的选定及计算 在数控机床的进给传动系统中,经常采用滚珠丝杠作为传动元件,其作用是将伺服电机的旋转运动转变为运动执行件(刀架或工作台)的直线运动,以较小的转矩可以获得较大的推力。螺旋传动中最常见的是滑动螺旋传动，但是，由于滑动螺旋传动的接触面间存在着较大的摩擦阻力，故其传动效率低，磨损快，精度不高，使用寿命短，故不能适用于高速度，高效率尤其是高精度的CNC齿轮测量中心。由于滚珠丝杠副具有摩擦阻力小,传动效率高(92%～98%)的优点,因此在机电一体化系统中得到广泛应用,尤其是在将旋转运动变为直线运动的各种机构中。所以在本设计中选用滚珠丝杠运动。 a.滚珠丝杠的安装方法 滚珠丝杠副的支承方式根据滚珠丝杠副的工作情况及轴向固定方式,丝杠支承常以止推轴承和向心球轴承组合,其支承方式有以下几种： （1）双推—自由式　如图3.2(ａ)所示,在一端装止推轴承,另一端悬空。因其一端是自由状态,故承载能力小,轴向刚度低,因此这种安装方式只适用于短丝杠,多用于轻载、低速垂直安装传动系统,如数控机床的调节环节或升降台式数控铣床的垂直进给方向。 图3.2（a）滚珠丝杠的支撑方式 （2）双推—简支式　如图4.2(ｂ)所示,一端装止推轴承,另一端装向心球轴承,轴向刚度不太高。使用时注意减少丝杠热变形的影响,安装时应注意使热源和丝杠工作时的常用段远离装止推轴承的一端,以避免推力轴承因丝杠热伸长而产生间隙。双推端可预拉伸安装,预紧力小,轴承寿命较高,适用于中速、精度较高的长丝杠传动系统。 图3.2 (b) （3）单推—单推式　如图3.2(ｃ)所示,止推轴承分别装在滚珠丝杠的两端并施加预紧。可以提高滚珠丝杠的轴向刚度;预拉伸安装时,预紧力较大,因此丝杠工作时只承受拉力。但这种安装方式对丝杠的热变形较为敏感,同时轴承寿命比双推—双推式低。 图3.2 (c) （4）双推—双推式　如图3.2(ｄ)所示,两端装止推轴承及向心球轴承的组合,为使丝杠具有最大的刚度,它的两端可用双重支承,即止推轴承和向心球轴承,并施加预紧力。该方式适合于高刚度、高速度、高精度的精密丝杠传动系统。但这种结构方式可使丝杠的热变形转化为止推轴