1 引言

      近年來, 隨著現代製造技術水平的（de）提高, 數控機床、機器（qì）人等機械（xiè）設備的進給速度越來越（yuè）快, 必然帶動滾珠絲杠副向高速化的（de）方向發展。目前國內高速滾珠絲杠副的發展水平和國（guó）外相比還有（yǒu）一定的差距。除了原材料和加（jiā）工設備的精度等因素（sù）外, 沒有完善的試驗檢測手（shǒu）段（duàn）也是製約其發展的一個重要原因。眾所周知, 沒有完善的檢測（cè）試驗（yàn）設備, 產品的加工質量就沒有保證[ 1]。為了檢測滾（gǔn）珠絲杠副在高速運行下各項性能參數, 我們廠、校雙方合作研製開發了BTJS-001 型高速滾（gǔn）珠絲杠副綜合試驗台, 並且在中國數（shù）控機床展覽會( CCMT2004) 上展出, 受（shòu）到業內人（rén）士的好評。圖1 為設（shè）備在展覽會現場展出的情況。 

      本試驗台能測量絲（sī）杠的（de）最大長度為（wéi）2000mm,直徑為<20~ 80mm, 實際工作行程小於1800mm; 測量時（shí）工作台移動速度可達60m/ min; 可以完成負載狀態下的加（jiā）速度、速度、定位精度以及絲杠熱伸長的（de）在線實時測量（liàng）; 控製係統采用了日（rì）本三菱公司高（gāo）分（fèn）辨率的單軸（zhóu）數控係統, 上位機軟件采用Visual Basic610 編寫（xiě）, 各項測量數據（jù）經計算機處（chù）理後, 可以實（shí）現硬盤數（shù）據保存並打印輸出規範的檢測報告。試驗台的結構示意圖如圖2 所示, 安裝時嚴格保證兩直線（xiàn）導軌（guǐ）7 和滾珠絲杠4 在兩個方向的平行度, 前後軸承采用高精度的C級向心球軸承, 絲（sī）杠及導（dǎo）軌均采用噴油潤（rùn）滑。

3 高速滾珠絲杠副綜合性（xìng）能參數的（de）測試（shì）

3.1 定位精度的測量

     對於定（dìng）位精度的測量（liàng）, 采用高精密長光柵副作為長度測量基準, 實現了滾珠絲杠副工作狀態下定位精度和重複定位精度的測量, 其測量（liàng）分辨率為012Lm。

3.2 加速度和速度（dù）的測量（liàng）

     利用高精（jīng）度、高分辨率（lǜ）、高靈敏度（dù）的加速度傳感器, 完成了對高速滾珠絲杠副載荷狀態下（xià）的加速度在線測量。加（jiā）速度傳感器的測量分辨率為010001G, 利用高速數據采集卡, 將采集到的測（cè）量信號傳入上位機, 通過軟件編程（chéng）, 繪出加速度的變化曲線（xiàn）。再將加（jiā）速度變化曲線對采樣時（shí）間進（jìn）行積分（fèn）, 即: v = Q a#dt , 可（kě）以（yǐ）得到對應的速度（dù）變化曲線。

     在實際測量的（de）過（guò）程中, 由於試驗台振動, 所采集到的加速度信號（hào）中（zhōng）包含很（hěn）多高頻成分, 使得加（jiā）速度變化曲線受雜波幹擾嚴重（chóng）, 無法對獲得的曲線進行正確的分析。為此, 通過軟（ruǎn）件（jiàn）編程, 采用一種參數可變型限變式非線性數字濾波方法（fǎ）, 可以很好地把震動雜波過（guò）濾掉而獲得較好的加速度變化曲線。通過圖3 可以比較濾波前後的效果。

     由於試驗過程中加減速的時間非常短, 大約在40~ 100ms 之間, 因（yīn）此設計高速數據采集板的采樣頻率最（zuì）高可以達到100kHz, 即最高（gāo）可以實現每0101ms 獲得一個采樣數據。從而保證可以獲得足（zú）夠多的數據, 避免因采樣數據不足造成曲線失真。

     實際中取采樣周期為1ms, 在如此（cǐ）短的時間內, 要完成加速度信號的采樣和實時繪圖, 在w indows 係統下是無法實現的。因（yīn）此（cǐ）, 先利用高速數據采集板進行（háng）數據采集, 並將采集的數據放入係統緩存中; 在采集完（wán）成後, 再將緩存中的數據逐一讀取, 並完成曲線的繪（huì）製, 從而有效地解決了這一矛盾。程序流程圖見圖4。

3.3 溫升的測量

     通（tōng）過在（zài）絲杠螺母、前軸承座、後軸承座等處（chù）設置多路高精度溫度傳感器（qì）, 實現了滾珠絲杠副載（zǎi）荷狀態下溫升的實（shí）時測量。采用（yòng）PT100 貼片式高精度溫度傳感器, 分辨率為011 e , 通過RS232 串口, 將各路溫（wēn）度采樣點的采樣數據依次讀入上位機中, 並且實時的將溫度（dù）變化曲線繪製出來。在檢測報告中, 可以（yǐ）將四路溫度曲線同時顯示, 也可以（yǐ）分別顯示。溫升測量主要部分硬件（jiàn）原理圖如圖5 所（suǒ）示, 圖（tú）6 為（wéi）螺母座的溫度變化曲線, 采樣時間為2112 秒。

3.4 熱位移的測量

     對於熱（rè）位移的測量, 采用的是高精度（dù）的電感測微儀, 其分辨率為011Lm。電感測微儀以80c552 單片機為核（hé）心, 內部定時器T0 工作在自動分頻（pín）方式,產生50kHz 方波信號, 經運（yùn）算放（fàng）大器濾波後提供一個正信號加至電感測頭內線圈L 上, 電位器（qì）W 用於調零。當測頭的鐵芯處於線圈中間位置時, 電位器W 也處於中間位置, 此（cǐ）時（shí）由線圈組成的電感（gǎn）橋處於平衡狀態, 無信號輸出。若鐵芯有上下微小移動, 則電橋失去平衡, 輸出信號經（jīng）集（jí）成放大器放大後, 再（zài）由相敏整流為直流量, 最（zuì）後接至80c552 的P5 口進行A/ D 轉（zhuǎn）換。轉換結果經數據處理後送數碼管顯（xiǎn）示,並（bìng）存儲供上位機讀取[ 2] 。

4 結語

     通過實際測試試驗, 對高速滾珠絲杠副的結（jié）構（gòu）及（jí）裝配工藝等作（zuò）了改進, 使高速滾珠絲杠副在各向性能指（zhǐ）標方麵得到了提高, 縮短了與國外先進產（chǎn）品的差距（jù）。由於研究還剛剛開始（shǐ）, 大量的試驗（yàn）有待於去分析、深入。希望通過不斷地試（shì）驗、改進, 積（jī）累經驗（yàn）, 為我國滾動功能部件的發展作出應有（yǒu）的貢獻。