作者：张毅
本文根据已有的加工误差对滚珠丝杠副性能影响的分析结论，确定了轴向误差的等效模型。在此基础上，建立了包含加工误差的滚珠丝杠副三维模型参数化快速设计平台，将实际测量的加工误差导入到快速设计平台中来完成设计人员所需要的具有轴向误差的三维模型。
1 滚珠丝杠副参数化设计
1.1 滚珠丝杠副加工误差等效模型
滚珠丝杠副是将回转运动转换为直线运动，或将直线运动转换成回转运动的高精密传动部件，而在加工过程中难免会存在着一些加工误差，如轴向误差、径向误差以及表面粗糙等，本文主要是对轴向误差进行研究。图1为滚珠丝杠副在预加载荷时丝杠、螺母和滚珠的相对位置简图。
螺母位移T、接触角a、螺距S和螺母和丝杠错位距离△T的关系如下：
其中：臼为丝杠转动角；L为导程；r为滚珠半径。
从图1中可以看出，当丝杠转动到某个角度时螺母移动的距离可以用公式(1)来计算。在式(1)可知导程误差、滚珠半径、丝杠及螺母滚道半径对轴向精度有直接影响，其中导程误差对其精度影响最大。
本实验使用丝杠激光测量仪对滚珠丝杠副螺旋线误差进行测量。主要是对丝杠的角向位移和螺母的直线位移进行实时准确测量，然后通过式(1)～式(3)计算出准确值，并与螺母位移测量的实际值进行比较，最终输出的数值是相对准确值而言的，正值表示大于准确值，负值表示小于准确值。
基于测量仪间歇采点的特点，采集到的数据是一系列带有位置信息的离散数据，将导程误差添加到模型中的过程恰好是一个逆向过程，也就是说在模型中同样的位置段插入同样的导程误差。例如，图2是实测数据中节选出的一部分数据二维分布图，通过公式“实测导程一准确导程十导程误差”得到每一小段上的导程，将对应数据插到模型螺旋线中可以得到图3的效果，此时建立的模型就具有了某一滚珠丝杠副加工时的特征。图3中，X1、X2、X3、…是对应的测量点。
1.2滚珠丝杠副参数化零件建模
1.2.1参数映射
实际上建模过程就是将一系列对应的数据添加到几何中的过程。换句话说，数据库中某一行或者某一列的数据与模型几何尺寸是一一对应关系，与数学概念中函数映射关系非常类似。首先，根据数据文件实例化模型，然后通过修改参数值得到所需要的模型。
1.2.2建立模型尺寸参数
在通常参数化设计中仅仅将模型一般尺寸设置为可驱动的，而加入导程误差无疑又增加了参数化设计的难度和复杂度。对于滚珠丝杠副零件参数化模型，首先分析关键几何尺寸，其中包括理想尺寸和误差尺寸。理想尺寸就是在实际加工中尺寸的精度对产品的精度影响很小或没有影响，即可以直接不考虑加工误差；误差尺寸则是指在加工中产生的误差对滚珠丝杠副的使用精度影响非常大，需要考虑误差。
建立丝杠、螺母、返向器和滚珠的尺寸驱动参数，为丝杠和螺母的螺旋滚道建立误差尺寸参数。根据Pro/E软件为用户提供的Program二次开发工具能够很方便地建立尺寸参数和误差参数，打开Pro/EWildfire 4.0，选择“编辑设计”选项，点击“从模型”系统自动为用户建立的参数名称及参数模型尺寸关系，其中参数名称用户可以自行定义，本设计建立的参数名称和初始值如图4所示，各参数涵义可参考表1。其中命名方式主要采用区分符一尺寸名的格式，这样命名简单易懂便于区分。
2滚珠丝杠副设计系统
2.1滚珠丝杠副设计原理
在Window 7系统下以VS2005作为程序编译调试平台。滚珠丝杠副设计开发平台采用各零件并行设计模式，设计流程如图5所示。滚珠丝杠副中丝杠和螺母的尺寸都是关联的，所以在设计中可以将参数进行关联，减少了很大一部分工作。当用户将设计数据输入计算机后系统自动完成对模型的校验，确定设计是否可行，最后通过VS2005平台编译后生成dll可执行文件。
2.2 利用MFC建立友好对话框
对话框是软件开发中最友好的人机交互界面，通过对话框，用户可以很方便地实现对参数的设置。MFC已经为设计人员提供了对话框以及众多控件，无需设计员自行编写，只需以拖拽的方式即可建立界面精美的界面。界面中主要是通过编辑框的形式将模型尺寸数值赋予参数，螺母设计对话框采用标签控件可以方便地实现各个零件对话框的相互切换，如图6所示输入编辑框数据即可控制模型尺寸。具体代码如下：
DDX_Control和DDX_Text两个函数是将编辑框输入的内容取出来，然后通过ProParameterValueGet函数将数值传递给参数PM_GZ（滚珠直径），最后ProSolidRegenerate完成模型的更新。
2.3数据库设计
设计平台主要是以ADO技术访问数据库的形式为模型参数提供数据，数据主要是由山东济宁博特精密丝杠制造有限公司提供的。将螺距误差检测仪提供的Excel数据表格汇总导入Access数据库，为ADO数据管理访问数据库做好准备。
数据库中的数据是以一行为单位保存的，保持着严格的顺序性，主要分为标志部分和数据部分，标志部分方便了程序查找和调用。调用数据库主要分为三部分：连接、命令和读取，对应的程序是Connection、Command和Recordset对象。
2.4 滚珠丝杠建模实例
首先将事先编写好的dll文件导人Pro/E中，菜单栏中出现新的菜单项“滚珠丝杠参数映射”，如图7所示。菜单下拉列表分别是丝杠、螺母、滚珠、返向器、挡圈。现以丝杠为例，选择丝杠一项，生成初始化模型并且弹出一个对应的对话框如图8所示，然后通过提示输入相应的参数值，并且选择第几条记录连接到数据库读取相应的测量数据，选择确定完成丝杠的建模，如图9所示。
3结论
通过对滚珠丝杠副的研究分析，确定了螺旋误差为影响其精度的最大因素，并建立了螺旋误差数据库。基于参数化快速设计平台，通过调用数据库的方法方便地建立了具有加工误差的零件模型，为后续的仿真研究奠定了基础。
4摘要：建立具有加工误差的滚珠丝杠副参数化模型，对研究滚珠丝杠副的传动精度具有非常重要的意义。首先，分析得出加工误差中导程误差是影响传动精度的最大因素，然后介绍了一种基于Pro/E二次开发的参数化设计方法。通过Pro/Engineer提供的Pro/Program和Pro/ToolKit两种方法开发了具有误差驱动的滚珠丝杠三维模型的快速设计方法，并介绍了实现过程、原理及关键技术。
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