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作者：張毅

   本文根據(jù)已有的加工誤差對滾珠絲杠副性能影響的分析結(jié)論，確定了軸向誤差的等效模型。在此基礎(chǔ)上，建立了包含加工誤差的滾珠絲杠副三維模型參數(shù)化快速設(shè)計平臺，將實際測量的加工誤差導(dǎo)入到快速設(shè)計平臺中來完成設(shè)計人員所需要的具有軸向誤差的三維模型。

1  滾珠絲杠副參數(shù)化設(shè)計

1.1  滾珠絲杠副加工誤差等效模型

滾珠絲杠副是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，或?qū)⒅本�運動轉(zhuǎn)換成回轉(zhuǎn)運動的高精密傳動部件，而在加工過程中難免會存在著一些加工誤差，如軸向誤差、徑向誤差以及表面粗糙等，本文主要是對軸向誤差進(jìn)行研究。圖1為滾珠絲杠副在預(yù)加載荷時絲杠、螺母和滾珠的相對位置簡圖。

螺母位移T、接觸角a、螺距S和螺母和絲杠錯位距離△T的關(guān)系如下：

其中：臼為絲杠轉(zhuǎn)動角；L為導(dǎo)程；r為滾珠半徑。

  從圖1中可以看出，當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)動到某個角度時螺母移動的距離可以用公式(1)來計算。在式(1)可知導(dǎo)程誤差、滾珠半徑、絲杠及螺母滾道半徑對軸向精度有直接影響，其中導(dǎo)程誤差對其精度影響最大。

  本實驗使用絲杠激光測量儀對滾珠絲杠副螺旋線誤差進(jìn)行測量。主要是對絲杠的角向位移和螺母的直線位移進(jìn)行實時準(zhǔn)確測量，然后通過式(1)～式(3)計算出準(zhǔn)確值，并與螺母位移測量的實際值進(jìn)行比較，最終輸出的數(shù)值是相對準(zhǔn)確值而言的，正值表示大于準(zhǔn)確值，負(fù)值表示小于準(zhǔn)確值。

基于測量儀間歇采點的特點，采集到的數(shù)據(jù)是一系列帶有位置信息的離散數(shù)據(jù)，將導(dǎo)程誤差添加到模型中的過程恰好是一個逆向過程，也就是說在模型中同樣的位置段插入同樣的導(dǎo)程誤差。例如，圖2是實測數(shù)據(jù)中節(jié)選出的一部分?jǐn)?shù)據(jù)二維分布圖，通過公式“實測導(dǎo)程一準(zhǔn)確導(dǎo)程十導(dǎo)程誤差”得到每一小段上的導(dǎo)程，將對應(yīng)數(shù)據(jù)插到模型螺旋線中可以得到圖3的效果，此時建立的模型就具有了某一滾珠絲杠副加工時的特征。圖3中，X1、X2、X3、…是對應(yīng)的測量點。

1.2滾珠絲杠副參數(shù)化零件建模

1.2.1參數(shù)映射

  實際上建模過程就是將一系列對應(yīng)的數(shù)據(jù)添加到幾何中的過程。換句話說，數(shù)據(jù)庫中某一行或者某一列的數(shù)據(jù)與模型幾何尺寸是一一對應(yīng)關(guān)系，與數(shù)學(xué)概念中函數(shù)映射關(guān)系非常類似。首先，根據(jù)數(shù)據(jù)文件實例化模型，然后通過修改參數(shù)值得到所需要的模型。

1.2.2建立模型尺寸參數(shù)

  在通常參數(shù)化設(shè)計中僅僅將模型一般尺寸設(shè)置為可驅(qū)動的，而加入導(dǎo)程誤差無疑又增加了參數(shù)化設(shè)計的難度和復(fù)雜度。對于滾珠絲杠副零件參數(shù)化模型，首先分析關(guān)鍵幾何尺寸，其中包括理想尺寸和誤差尺寸。理想尺寸就是在實際加工中尺寸的精度對產(chǎn)品的精度影響很小或沒有影響，即可以直接不考慮加工誤差；誤差尺寸則是指在加工中產(chǎn)生的誤差對滾珠絲杠副的使用精度影響非常大，需要考慮誤差。

建立絲杠、螺母、返向器和滾珠的尺寸驅(qū)動參數(shù)，為絲杠和螺母的螺旋滾道建立誤差尺寸參數(shù)。根據(jù)Pro/E軟件為用戶提供的Program二次開發(fā)工具能夠很方便地建立尺寸參數(shù)和誤差參數(shù)，打開Pro/EWildfire 4.0，選擇“編輯設(shè)計”選項，點擊“從模型”系統(tǒng)自動為用戶建立的參數(shù)名稱及參數(shù)模型尺寸關(guān)系，其中參數(shù)名稱用戶可以自行定義，本設(shè)計建立的參數(shù)名稱和初始值如圖4所示，各參數(shù)涵義可參考表1。其中命名方式主要采用區(qū)分符一尺寸名的格式，這樣命名簡單易懂便于區(qū)分。

2滾珠絲杠副設(shè)計系統(tǒng)

2.1滾珠絲杠副設(shè)計原理

  在Window 7系統(tǒng)下以VS2005作為程序編譯調(diào)試平臺。滾珠絲杠副設(shè)計開發(fā)平臺采用各零件并行設(shè)計模式，設(shè)計流程如圖5所示。滾珠絲杠副中絲杠和螺母的尺寸都是關(guān)聯(lián)的，所以在設(shè)計中可以將參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，減少了很大一部分工作。當(dāng)用戶將設(shè)計數(shù)據(jù)輸入計算機后系統(tǒng)自動完成對模型的校驗，確定設(shè)計是否可行，最后通過VS2005平臺編譯后生成dll可執(zhí)行文件。

2.2  利用MFC建立友好對話框

對話框是軟件開發(fā)中最友好的人機交互界面，通過對話框，用戶可以很方便地實現(xiàn)對參數(shù)的設(shè)置。MFC已經(jīng)為設(shè)計人員提供了對話框以及眾多控件，無需設(shè)計員自行編寫，只需以拖拽的方式即可建立界面精美的界面。界面中主要是通過編輯框的形式將模型尺寸數(shù)值賦予參數(shù)，螺母設(shè)計對話框采用標(biāo)簽控件可以方便地實現(xiàn)各個零件對話框的相互切換，如圖6所示輸入編輯框數(shù)據(jù)即可控制模型尺寸。具體代碼如下：

  DDX_Control和DDX_Text兩個函數(shù)是將編輯框輸入的內(nèi)容取出來，然后通過ProParameterValueGet函數(shù)將數(shù)值傳遞給參數(shù)PM_GZ（滾珠直徑），最后ProSolidRegenerate完成模型的更新。

2.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計

  設(shè)計平臺主要是以ADO技術(shù)訪問數(shù)據(jù)庫的形式為模型參數(shù)提供數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)主要是由山東濟寧博特精密絲杠制造有限公司提供的。將螺距誤差檢測儀提供的Excel數(shù)據(jù)表格匯總導(dǎo)入Access數(shù)據(jù)庫，為ADO數(shù)據(jù)管理訪問數(shù)據(jù)庫做好準(zhǔn)備。

  數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是以一行為單位保存的，保持著嚴(yán)格的順序性，主要分為標(biāo)志部分和數(shù)據(jù)部分，標(biāo)志部分方便了程序查找和調(diào)用。調(diào)用數(shù)據(jù)庫主要分為三部分：連接、命令和讀取，對應(yīng)的程序是Connection、Command和Recordset對象。

2.4  滾珠絲杠建模實例

首先將事先編寫好的dll文件導(dǎo)人Pro/E中，菜單欄中出現(xiàn)新的菜單項“滾珠絲杠參數(shù)映射”，如圖7所示。菜單下拉列表分別是絲杠、螺母、滾珠、返向器、擋圈�，F(xiàn)以絲杠為例，選擇絲杠一項，生成初始化模型并且彈出一個對應(yīng)的對話框如圖8所示，然后通過提示輸入相應(yīng)的參數(shù)值，并且選擇第幾條記錄連接到數(shù)據(jù)庫讀取相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)，選擇確定完成絲杠的建模，如圖9所示。

3結(jié)論

通過對滾珠絲杠副的研究分析，確定了螺旋誤差為影響其精度的最大因素，并建立了螺旋誤差數(shù)據(jù)庫�；�于參數(shù)化快速設(shè)計平臺，通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫的方法方便地建立了具有加工誤差的零件模型，為后續(xù)的仿真研究奠定了基礎(chǔ)。

4摘要：建立具有加工誤差的滾珠絲杠副參數(shù)化模型，對研究滾珠絲杠副的傳動精度具有非常重要的意義。首先，分析得出加工誤差中導(dǎo)程誤差是影響傳動精度的最大因素，然后介紹了一種基于Pro/E二次開發(fā)的參數(shù)化設(shè)計方法。通過Pro/Engineer提供的Pro/Program和Pro/ToolKit兩種方法開發(fā)了具有誤差驅(qū)動的滾珠絲杠三維模型的快速設(shè)計方法，并介紹了實現(xiàn)過程、原理及關(guān)鍵技術(shù)。