丝杠摩擦力矩动态测量系统设计与分析

【摘要】： 摩擦力矩是反映滚珠丝杠副加工质量、设计参数及性能的一项综合机械工作性能指标，精确测量滚珠丝杠副摩擦力矩并深入研究其特性，对滚珠丝杠副产品质量的提高和开发新型滚珠丝杠副具有重要意义。 论文结合实际工程项目——汉江机床有限公司HJZ-044A丝杠摩擦力矩动态测量系统的设计，采用模块化的硬件和软件设计了测量及控制系统，使其适应工厂现代化生产质量检验、控制与管理的要求。 结合项目要求，测量仪主轴控制系统设计采用了“工业控制计算机—DIO多功能卡—变频器—三相异步电动机”的控制模式，工控机通过PCI1716卡的14个数字I／O口和2个AO口控制变频器运行，实现上位机对主轴运行的软件控制。单片机和工控机之间通过并口通讯实现对主轴的联合控制。 滚珠丝杠副摩擦力矩数据采集系统由应变式扭矩传感器及PCI1716卡构成。论文分析了滚珠丝杠副摩擦力矩测量原理和测量数据采集原理，完成了测量采集电路设计和信号滤波设计，并对摩擦力矩数据信号进行了直方图分析、均值—标准偏差控制图分析和频域的FFT分析，提出了滚珠丝杠副摩擦力矩性能改进措施。 开发了测量控制系统操作软件，由工控机控制整个测量过程及数据处理，可以实时显示摩擦力矩变动曲线、存储测量数据和分析结果、查询历史数据和打印报表，实现了测量系统的自动化和智能化。 工厂实际应用证明，该项目达到和超过了设计要求，已顺利通过验收。