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1、主轴动态回转精度测试介绍一、前言数控机床主轴组件的精度包含以下两个方面：1.几何精度主轴组件的几何 精度，是指装配后，在无负载低速转动（用手转动或低速机械转速）的条件下， 主轴轴线和主轴前端安装工件或刀具部位的径向和轴向跳动 ,以及主轴对某参考 系统（如刀架或工作台的纵、横移动方向）的位置精度，如平行度和垂直度等； 2.回转精度指的是主轴在以正常工作转速做回转运动时，轴线位置的变化.二、主轴回转精度的定义主轴在作转动运动时，在同一瞬间，主轴上线速度为零的点的联机，称为主 轴在该瞬间的回转中心线,在理想状况下，主轴在每一瞬间的回转中心线的空间 位置，相对于某一固定的参考系统（例如：刀架、主轴箱体
2、或数控机床的工作台 面）来说,应该是固定不变的。但实际上，由于主轴的轴颈支承在轴承上,轴承又安 装在主轴箱体孔内，主轴上还有齿轮或其它传动件，由于轴颈的不圆、轴承的缺 陷、支承端面对轴颈中心线的不垂直，主轴的挠曲和数控机床结构的共振等原因， 主轴回转中心线的空间位置，在每一瞬时都是变动的。把回转主轴的这些瞬间回 转中心线的平均空间位置定义为主轴的理想回转中心线，而且与固定的参考坐标 系统联系在一起。这样，主轴瞬间回转中心线的空间位置相对于理想中心线的空 间位置的偏离就是回转主轴在该瞬间的误差运动。这些瞬间误差运动的轨迹，就 是回转主轴误差运动的轨迹。主轴误差运动的范围，就是所谓的主轴回转精度.
3、 由此可见，主轴的回转精度，说明回转主轴中心线空间位置的稳定性特点。三、主轴回转精度量测3。1 主轴回转误差运动的测量与研究目的对主轴回转误差运动的测量和研究有两方面的目的：（1）。从设计、制造的角度出发，希望通过测量研究找出设计、制造因素与主 轴误差运动的关系，及如何根据误差运动的特点，评定主轴系统的设计和制造质 量，同时找出产生误差运动的主要原因,以便做进一步改善.（2）.从使用的角度出发，希望找出主轴运动与加工精度和表面粗糙度的关系 , 及如何根据误差运动的特点，预测出数控机床在理想条件下所能加工出的工件几 何与表面粗糙度，给选用数控机床及设计数控机床提出依据。3.2主轴回转精度之测试方
4、法主轴回转精度之测量方法，有直接测量法与间接测量法 （试件法）两大类，其中 直接测量法又有静态与动态测量两种方式.（1）。静态测试法在主轴锥孔中插入精密之测试棒 ,用量表接触试棒的表面和端面 ,轻轻旋转主轴 量测在不同角度上的读值。优点：测量方法简单，容易操作，能检验出主轴锥孔 中心线与回转中心线是否同心；缺点：不能反映主轴在实际工作转速下的误差 运动，且不能反映该误差运动可能造成的加工形状误差及对表面粗糙度的影响.（2）.动态测试法以标准试棒偏心安装，在径向固定两互相垂直的位移传感器,再轴向另安装一垂 直方向的位移传感器，其信号经放大器输入示波器，测量旋转敏感方向的主轴误 差运动。3。3 运
5、动误差图名词解释（1）.总误差运动（Total Error Mot ho以足够多的圈数记录下的全部误差极 坐标图，它代表主轴在一定转速下的误差运动情形。（2）平均误差运动（Average Error Motipn是总误差运动极坐标图的平均轮廓线,代表该机台在理想切削条件下所能加工出零件的最好圆度。Average errormotion(3)随机误差运动(AsynchronousErrorMotion)是总误差运动对平均误差运动的偏离,它表示在理想切削条件下所能获得的加工表面粗糙度。(4)。基本误差(Fundame nt al Errr平均误差运动的最密切圆，代表主轴轴 心线每转一次的轴向误差。
6、(5)。残余误差(Residual Err平均误差运动对基本误差图像的偏离，代 表端面加工的平面度。Average errormotiorAsynchronous error motion value3。4主轴动态回转精度分析A。造成径向运动误差(Radial Error Moti的原因:有两个主要的原因造成数控机床上之主轴回转精度误差：1. 轴承(Bearings包 含轴承不对心(bearing alignment2。机台结构变形造成主轴与量测点间的动态位移( Structuramlotion betweenwhere the probe is mounted and the Spindle
7、B。造成径向平均误差(Average Err)的原因：1. 轴承内(外)环轨道不圆(Out of round stationary bear)g races2. 轴承座不圆(Out of round bearing) seats3. 轴承座不对心(Misaligned bearing seats)4. 主轴动不平衡偶合结构刚性不均匀 (OutofBalanceconditioncoupledwith non-uniform) (I e. a structure that is weak in one. direction5. 机台结构与主轴转速共振 (Resonant conditions o
8、f the machine structure thatare synchronized with the rotational speed)C造成径向异步误差(Asynchronous Errot原因：1. 轴承预压不当(Improper preload )2。轴承缺陷(Bearing defe例如： 滚珠或滚柱尺寸有差异或缺陷( Sizevariatioonrdefectsinrolling element。)。滚珠或滚柱与轨道面的摩擦(Defects such as galling of rotating race).保持器磨损变形或组装不良.(Bearingcages - worn o
9、r installed improperly )3. 机台结构变形造成相对振动(Structural Motion / relative vibration)4。由机台外部振动源造成的结构振动变形（Conduc ted vibra tion from the floorthat caused motion between the probe and master target5。机台内部振动源(Self exci ted mc)i引起的：液压系统(Hydraulic system)冷却系统(Coolant syst)齿轮、皮带及皮带轮(Gears, bel ts, pulleys) 润滑系统(
10、Lubrication systems)6。机械结构或主轴之共振(Resonantfrequenciesf the machine elements including the spindle that are not synchronized to the botational speed四、主轴回转精度实际测试范例VICTOR车床主轴回转精度测试架设范例VCENTER综合加工机主轴回转精度测试架设范例主轴回转精度实验所量测结果范例说明1.60.010002000300040005000600070008000主軸轉速(rpm)Synch轉速vs同步與非同步誤差五、结论采用此一精密量测技术有下列各项优点：1。 主轴动态回转精度量测能够评估主轴之运转特性 ,藉由此一量测可以得知主 轴组装情形，再决定是否需要重新组装。2. 藉由此一量测，可以得知主轴的较佳运转转速而得到较理想的工件，而无须 由实际切削结果反推理想运转速度。3。当转速接近共振频率时,主轴之回转误差会急遽增加,由此一量测亦可测得其 共振频率。4。在单点搪孔作业中，平均误差运动与加工完成的孔之真圆度有直接相关 ;随 机误差运动加工完成的孔之表面粗糙度亦有直接关连，若主轴有较小的随机 误差运动，便能够加工出较佳之表面粗糙度。
