Анализ влияния особенностей шарико-винтового механизма на точность позиционирования прецизионного узла перемещения
Соловьюк В.М., Кудрявцев И.В., Колотов А.В., Трошин С.И., Митяев А.Е.
Сибирский федеральный университет, Красноярск
Ключевые слова: прецизионный узел, шарико-винтовой механизм, особенности работы, внешние факторы, погрешность, натяг, жесткость, зазор, температура.
Аннотация. Для обеспечения точности позиционирования в конструкции прецизионного линейного модуля широко используется шарико-винтовой механизм, который сочетает высокий КПД, плавность хода и высокое быстродействие. Для управления позиционированием каретки шарико-винтового механизма обычно используется шаговый двигатель с микроконтроллером, который работает по заданной программе, поэтому ошибками расположения его вала пренебрегаем. В данной работе проводится анализ влияния различных факторов на точность позиционирования прецизионного линейного модуля: жесткость элементов передачи, материал, натяг и др. Особое внимание уделено кинематической погрешности винтовой пары механической передачи, которая складывается из жесткости элементов, зазоров и влияния температуры. Выполнен аналитический расчет погрешности винтовой пары применительно к разработанному прецизионному модулю от каждого из рассмотренных факторов и проведен анализ вклада каждой составляющей в общее отклонение. Предложены способы повышения точности позиционирования каретки и метод экспериментального определения накопленной погрешности, который основывается на циклическом движении исполнительного органа. Полученные результаты можно использовать для проектирования, модификации и регулировки высокоточных робототехнических систем и станков ЧПУ, где требуется обеспечение жестких допусков точности позиционирования при длительной эксплуатации.
Analysis of the influence of the ball-screw mechanism features on the accuracy of positioning of the precision displacement unit
Solovyuk V.M., Kudryavtsev I.V., Kolotov A.V., Troshin S.I., Mityaev A.E.
Siberian Federal University, Krasnoyarsk
Keywords: precision unit, ball-screw mechanism, peculiarities of operation, external factors, error, interference, stiffness, clearance, temperature.
Abstract. In order to improve the accuracy of positioning, a ball-screw mechanism is often used in the design of a precision linear module. To control the positioning of the carriage of the ball-screw mechanism, a stepper motor with a microcontroller is used, which operates according to a given program, so errors in the location of its shaft are neglected. The study analyzes the influence of various factors on the positioning accuracy of a precision linear module: type of transmission, material, interference, etc. Particular attention is paid to the kinematic error of the screw pair of the mechanical transmission, which consists of the rigidity of the elements, gaps and the influence of temperature. An analytical calculation of the screw pair error was performed in relation to the developed precision module from each of the factors considered and the contribution of each component to the total deviation was analyzed. Methods are proposed to increase accuracy of carriage positioning and method of experimental determination of accumulated error, which is based on cyclic movement of actuating element. The results obtained can be used to design, modify and adjust high-precision robotic systems and CNC machines, where strict tolerances are required during long-term operation.