机床主轴回转误差运动测试(精)
机床主轴回转精度的动态检测
（二 ）回转误 差 运动 组 成部 分 从概率和数理统计的角度分析 ，可将机床主轴 回转 误 差 分 为 系 统 性 （确 定 性 ）误 差 和 随 机 性 误差
收 稿 日期 ：２０１０—１２—２２ 作 者 简 介 ：高维 艳 （１９７８一 ），女 ，哈 尔滨 人 ，讲 师 ，研 究 方 向 ：机 械 制造 ；蒋林 敏 （１９７３一 ），女 ，哈 尔滨 人 ，副 教 授 ，研 究 方 向 ：数控
工件 理 想加 工 的表 面 的法 线 方 向 ，非敏 感 方 向 在垂 直 于第 三 方 向的直 线 上 。单 向测量 法 测量 的主 轴 回 转 误 差 运 动 实 质 上 只 是 一 维 主 轴 回转 误 差 运 动 在 敏 感方 向的分 量 。因此 单 向测 量法 只适 用 于具有 敏 感 方 向 的主 轴 回转 精 度 的 测量 ，例 如 工 件 回转 型 机 床 。车床 就是 工件 回转 型机床 的一个 典 型代表 。这 种 测 量 方 法 同样 不 可 避 免 地 会 混 入 主 轴 或 者 标 准 球的形状误 差 ，在机 床主轴 回转精度不太高 、混入 的形状误差可以忽略时 ，用单向测量法得到的车床 主 轴 回转 精 度 圆 图像 的外 缘 轮廓 与工 件 的外 缘 很 相似 ，所 以这 样 得 到 的 圆 图像 能很 好 地用 来 评 价 车 床主 轴 的加工 精度 及 加工 质 量 。
加工中心主轴回转精度试验
加工中心主轴回转精度试验发布时间：2021-08-10T09:24:06.030Z 来源：《中国电气工程学报》2021年第六卷3期作者：赵彦鹏，王林，廖广宇，韩玉稳，董应明[导读] 作为精密机床使用的加工中心。
主轴回转运动误差主要由轴向窜动、径向跳动和角度摆动三种形式分别对加工精度造成影响。
赵彦鹏，王林，廖广宇，韩玉稳，董应明云南省机械研究设计院/云南省机电一体化应用技术重点实验室，云南昆明 650031摘要：作为精密机床使用的加工中心。
主轴回转运动误差主要由轴向窜动、径向跳动和角度摆动三种形式分别对加工精度造成影响。
对加工中心主轴回转精度进行测量，介绍测量的方法，后期数据处理并进行误差分析。
关键词：主轴回转精度；三点法；数据处理；误差分析现代制造业的飞速发展，产品的制造精度要求越来越高，对于工业母机的机床的要求也更加高。
特别是作为精密机床使用的加工中心。
主轴回转运动误差主要由轴向窜动、径向跳动和角度摆动三种形式分别对加工精度造成影响。
主轴回转精度的检测是机床设计、制造、调整和维修的重要环节，是提高机床加工精度的重要措施。
1、机床主轴回转精度的概念主轴回转误差是指主轴各瞬间的实际回转轴线相对其平均回转轴线的变动量。
产生主轴径向回转误差的主要原因有：主轴几段轴颈的同轴度误差、轴承本身的各种误差、轴承之间的同轴度误差、主轴绕度等。
因为机床的主轴传递着主要的加工运动，故其回转误差将在很大的程度上决定工件的加工质量。
2、加工中心主轴回转精度试验2.1试验内容及目的被测对象为TGK4663A加工中心主轴，采用动态测量法通常是选用一种测量传感器，利用传感器测得的位移信号进行分析处理。
2.2试验参考依据GB/T17421.7 《机床检验通则第七部分;回转轴线的几何精度》2.3测量装置及示意图2.5试验条件（1）试验的机床为按相关国家、行业等标准检验合格的产品；（2）试验前让主轴以中速（3000r/min）空运转30min；（3）试验前校正测量棒，在安装传感器位置处，使测量棒的径向跳动小于15μm；（4）试验时，传感器距主轴前定位端盘距离为180mm；（5）试验时，X轴、Y轴、Z轴及B轴不做进给运动。
主轴动态回转误差测试及分析
主轴动态回转误差测试及分析作者：沈阳机床来源：《CAD/CAM与制造业信息化》2013年第03期本文探讨了关于数控机床主轴动态回转误差的测试及分析问题，首先简要介绍了回转误差的组成、产生的原因及对加工精度的影响等，然后深入研究了回转误差的计算和分析，并编制了分析程序，提供了具体的分析实例。
一、引言机床主轴回转轴误差运动是指在回转过程中回转轴线偏离理想轴线位置而出现的附加运动，是评价机床动态性能的一项重要指标，是影响机床工作精度的主要因素。
回转轴误差运动的测量和控制，是各种精密设备及大型、高速、重载设备的重要技术问题之一。
通过对回转轴误差运动的测定，可以了解回转轴的运动状态和判断产生误差运动的原因。
机床主轴回转误差的测量方法有打表测量、单向测量和双向测量等。
造成机床回转误差的原因有主轴传动系统的几何误差、传动轴偏心、惯性力变形和热变形等误差，也包括许多随机误差。
通过径向跳动量和轴向窜动量测试实验可以有效满足对回转精度测量的要求。
二、回转误差的运动组成机床主轴的回转误差可以分为三种基本形式：①与回转轴线平行的轴向位移（纯轴向窜动）；②与回转轴线平行的径向位移（纯径向跳动）；③倾斜（纯角度摆动）。
如图1所示。
一般情况下，这三种基本形式的误差是同时存在的，产生的加工误差也是三种形式误差影响的叠加。
径向误差的大小取决于测量头的轴向位置，轴向误差的大小取决于测量头在测量平面上的径向位置。
因此必须说明评定时选择的轴向和径向位置。
三、回转误差产生的原因机床主轴回转误差产生的原因是多种多样的，各种原因对机床主轴运动的影响也不尽相同。
一方面有机床主轴传动系统的几何误差、转动轴系质量偏心产生的误差、所受惯性力变形产生的误差及设备热变形产生的误差等系统性（确定性）误差。
如机床主轴轴系中的轴套、机床主轴轴颈及滚动体的形状误差，特别是滚动件有尺寸误差时，机床主轴将产生有规律的位移。
另一方面，机床主轴回转误差产生的原因还有许多随机误差，如工艺系统的振颤对机床主轴回转的影响等。
机床误差及对加工精度的影响
（3）前后导轨平行度的影响
导轨扭曲示意图
例：车床导轨扭曲引起的加工误差
D R=DY
tg , sin Dy
B
H
很小， tg sin
Dy Dy H
BH
B
导轨扭曲引起的加工误差
（4）导轨与主轴回转轴线的平行度的影响
当车床导 轨和主轴回转 轴线在水平面 内不平行时， 使工件产生锥 度。
•单油楔动压轴承圆度误差和波度对回转精度的影响
工件回转类机床
刀具回转类机床
5、提高主轴回转精度的措施
（1）提高主轴部件的制造精度； （2）对滚动轴承进行预紧，消除间
隙； （3）使主轴回转误差不反映到工件
上（误差转移）。
小结
机床的误差决定了机床加工精 度的运动部件的运动精度，决定了 机床加工精度的部件之间及其运动 轨迹之间的相对位置精度。从而影 响了加工精度。
的平面度和垂直度有影响。
（2）径向圆跳动对加工精度的影响
车削加工时， 实际回转轴线相对 于平均回转轴线作 h=AcosØ的运动 Y=A+(R-h)cosØ =Asin2Ø+RcosØ Z=(R-h)sinØ =RsinØ-AcosØsinØ Y2+Z2=R2+Asin2Ø
镗削加工时，
实际回转轴线相对
于平均回转轴线作 h=AcosØ的运动
Z= RsinØ
镗刀
Y=h+RcosØ
=(A+R)cosØ
加工内孔呈椭
圆孔；对端面的加
工无影响。
（3）倾角摆动对加工精度的影响
▪ 几何轴线相对与平均轴线在空间成 一定锥角的圆锥运动。 若沿与平均轴线垂直的各个 截面来看，相当于几何轴线绕平均 轴心做偏心运动，只是各截面的偏 心量不同。因此，无论车削还是镗 削都能获得一个正圆锥。
探讨机床主轴回转生产误差测试
探讨机床主轴回转生产误差测试1 概述在机械生产的过程中，对于机床方面的加工技术中会出现多种的问题，其中包含有加工设计中出现的误差。
错误可以避免，但是误差是无法避免的，可以做到的是将误差的值调整到接近正常值的范围之内。
在机床生产中，主轴的回转方面的误差就是一项需要改进的项目。
主轴回转误差发生后，会对机械的零件加工形状和质量造成一定的影响，直接影响到机械零件表面的平滑程度。
其中主轴回转所产生的误差如下图所示：图1 主轴回转误差立体示意图主轴回转生产误差是在机床主轴运行过程中，在一瞬间回转轴线与平行轴线之间发生的水平方向和竖直方向出现的位移差，也就是通常情况下所说的误差。
其中水平轴线是在主轴运动瞬间运动趋势所得到的位移数据后，经过加权得到的平均位置。
主轴回转生产误差主要有三种具体的形式：单一水平轴向跳动、单一竖直轴向跳动和单一偏角转动。
在这三种形式当中，前两者被统一称作主轴轴向回转误差，这两者出现的误差会在机械零件加工中直接对原件后期生产造成一定的影响。
在出现主轴轴向回转误差时，纠正处理起来相对来说较为简单。
只要在主轴的端处安装有位移传感器，在机床运行过程中，主轴发生偏移就可以在传感器中现实出来，技术人员就可以根据位移误差值对机械进行调整。
同时对于机床主轴的回转生产误差值进行测试，寻找最为合适的生产模型。
下面就测试的相关技术进行研究。
2 误差分离测试技术误差分离技术是通过信息源变换或模型参数估计的方式使有用的信号分量与误差分量相分离的—种测量技术。
测量过程是：通过测量方法和测量装置的适当设计，改变误差分量与有用信号间的组合关系，并从信息源（误差分量与有用信号相混迭的信息源）的不同位置拾取信号，再根据在不同位置处拾取的信号间的联系，建立起误差分量与有用信号间的确定的函数关系，最后经相应的运算处理，使误差得以分离。
测量过程的结构模型，如下图所示：图2 误差分离技术结构模型用位移传感器进行主轴回转误差测量时，由于实际的主轴回转轴心是不可见的，不能直接对其测量，而只能通过对装在主轴上的标准件（标准球或标准棒）或主轴外围轮廓的测量来间接测得主轴轴心运动。
误差分离技术在主轴回转误差检测中的应用
第３１卷第４期２００９－０４【73】误差分离技术在主轴回转误差检测中的应用The application of error separation techniqu in axis turing error measurement绳 飘，张振华ＳＨＥＮＧ Ｐｉａｏ， ＺＨＡＮＧ Ｚｈｅｎ－ｈｕａ（南阳理工学院，南阳 ４７３００４）摘 要：针对采用静态检测手段对机床回转误差的检测精度不高，本文提出把误差分离技术用于机床主轴回转误差的检测，把工件的圆度误差从误差中分离出来，从而提高了机床回转误差的检测精度。
关键词：误差分离技术；主轴回转误差；精度中图分类号：ＴＨ１６文献标识码：Ａ文章编号：１００９－０１３４（２００９）０４－００７３－０２收稿日期：２００８－１０－２２作者简介：绳飘（１９７９－）女，硕士，现任教于南阳理工学院。
０ 引言目前，国外加工中心和数控机床的主轴精度达到２µｍ以下，与之相比，国内同类设备的主轴精度有较大的差距，这里既有设计上的原因，又有制造和装配上的问题，其中一项主要的技术差距是主轴装备检测手段的不同。
国外大部分采用的是动态三点法在线检测，而国内较多采用传统的静态检测手段。
动态三点法在线检测实际上是一种误差分离技术，它可以把主轴回转误差与其它误差进行分离，使主轴回转误差检测精度得以提高［１］。
事实上，主轴回转误差的检测信号上中，包含有主轴回转误差（目标信号）和工件的圆度误差，基于此，我们提出把误差分离技术用于机床主轴回转误差的检测中，将主轴的回转误差从误差中分离出来，从而可以提高主轴回转误差的检测精度。
１ 误差分离技术误差分离技术通常有： 多步法、多点法。
１．１ 多步法这里只以２步法来说明此误差分离原理，当然可以采用３步及多步测量。
如图１所示，图（ａ）为第１次安装测量情况，当测头测完一周后，测头获得的信号为Ｓ１（θ），它包含机床主轴回转误差和工件的圆度误差ｆ（θ）。
图（ｂ）为第２次安装测量情况，将测头转过一个α角安装，测点获得的信号为Ｓ２（θ）。
五轴机床回转轴精度检测
五轴机床回转轴精度检测摘要：与三轴机床相比，五轴机床能加工复杂曲面，具有加工效率高、装夹方便等优点。
然而，五轴机床的结构更复杂，两个回转轴会引入额外的几何误差，从而极大地影响了机床精度。
关键词：五轴机床；误差；检测五轴数控机床是现代制造技术的关键设备，用于加工高精度、复杂的曲面零件，其精度和技术水平在一定程度上决定了当前的工业水准。
五轴数控机床以其加工精度高、可靠性高、柔性好等优点，在航空航天、航海、医疗设备、军事等先进现代制造领域取得了巨大成就，得到了广大用户的认可，为制造企业的进一步研究做好了铺垫。
一、五轴数控机床发展概况五轴加工中心是一种专门用于加工机翼、叶轮、叶片、重型发电机转子等具有复杂空间曲面零件的高科技含量、高精密度的现代数控加工中心。
其优点为：①能加工一般三轴联动机床不能加工或无法一次装夹加工完成的自由曲面，节省装夹次数和时间。
②可提髙空间曲面加工精度、效率、质量。
一直以来，国内五轴数控机床相对于国外整体水平还较低，主要原因在于机床关键功能还未实现自主研发，与国外同类产品相比，国产机床稳定性、精度等指标较差，同时，在高精度技术含量精密机床方面，国外对我国实行技术封闭和进口限制，目前国内市场上的五轴机床仍以进口机床为主。
但国家十分重视机床行业的发展，2009年初启动了“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项，重点支持高档数控机床、基础制造装备、数控系统、功能部件、工具、关键部件、共性技术等方面的研发，且在各高校及相关企业的共同努力下，我国五轴数控机床技术也得到了飞速发展，已逐渐形成为较成熟的产品。
国内著名的五轴数控机床生产厂家有沈机集团、大连机床厂、济南二机床、昆明机床厂、普什宁江机床厂等。
随着经济的发展和国防建设的需要，用户对设备需求正向柔性、生产效率、功能多样和高性能等个性化需求方向转移，由此也促进了数控机床向高速高效化、模块化、高精度和复合加工等方向发展，对带动和提升我国机床工业水平具有重要战略意义。
回转误差测试中主轴旋转方向与传感器相互位置关系的判定研究
回 转 误 差 测 试 中 主 轴 旋转 方 向 与传 感 器 相 互 位 置 关 系 的 判 定研 究
马 晓波① 刘启伟① 张耀满②
（ ① 沈阳机床（ 集 团） 有限责任公司高档数控机床 国家重点实验室， 辽宁 沈阳 １ １ ０ １ ４ ２ ；
② 东北 大 学机械 工程 与 自动 化学 院 ， 辽宁 沈阳 １ １ ０ ０ ０ ４ ） 摘 要： 将 曲线 的单调 性理 论 和算 法应 用于 主轴 旋转 方 向与位 移传 感器 相互位 置 关 系的判定 研究 。 在对 主轴
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｎ ｏ ｔ ｏ ｎ ｉ ｃ ｔ ｈ ｅ ｏ ｙ ｒ ａ ｎ ｄ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｐ ｉ ｎ ｄ ｌ ｅ ｒ ｏ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ — ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｉ ｐ ｏ ｆ ｍｕ ｔ ｕ ａ ｌ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｏ ｆ ｓ ｐ ｉ ｎ ｄ ｌ ｅ ｒ ｏ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｔ ｅ ｓ ｔ ， ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ —
关键词： 机 床 主轴 回转误 差
旋 转方 向 单调 区间
中图 分类 号 ： Ｔ Ｐ ３ １ ５ 文献标 识 码 ： Ｂ
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｐ ｉ ｎ ｄ ｌ ｅ ｒ ｏ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｉ ｐ ｏ ｆ ｍｕ ｔ ｕ ａ ｌ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｏ ｆ ｓ ｐ ｉ ｎ ｄ ｌ ｅ ｒ ｏ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｔ ｅ ｓ ｔ
主轴回转精度的测定
实验主轴回转精度的测定一、 概述随着机械制造业的发展，对零件的加工精度要求越来越高，由此对机床精度要求也越来越高。
作为机床核心——主轴部件的回转误差运动，直接影响机床的加工精度，它是反映机床动态性能的主要指标之一，在《金属切削机床样机试验规范》中已列为机床性能试验的一个项目。
多年来，国内外一直在广泛开展对主轴回转误差运动测量方法的研究，并取得一定的成果。
研究主轴误差运动的目的，一是找出误差产生的原因，另一是找出误差对加工质量影响的大小。
为此，不仅对主轴回转误差运动要能够进行定性分析，而且还要能够给出误差的具体数值。
过去流行的测试与数据处理方法，是传统的捷克VUOSO双向测量法和美国LRL单向测量法。
前者适用于测试刀具回转型主轴径向误差运动,后者适用于测试工件回转型主轴径向误差运动。
两种方法都是在机床空载或模拟加工的条件下，通过对基准球(环)的测量，在示波器屏幕上显示出主轴回转而产生的圆图象。
将圆图象拍摄下来便可用圆度样板读取主轴径向误差运动数值。
这种测试方法虽然能够在试验现场显示图形，直观性强，便于监视机床的安装调试，但也存在一些不足，如基准钢球的形状误差会复映进去，不能反映切削受载状态,存在一定的原理误差等。
所以测量精度难以提高，实际应用受到一定限制。
经过多年的研究，目前主轴误差运动主轴误差运动的测试与数据处理方法有了很大的改进，引入频镨分析理论和FFT变换技术，通过用计算机来进行测量数据处理，使整个测量过程更方便、数据处理更科学、测量结果更正确。
二、 实验目的1．了解机床主轴回转误差运动的表现形式、定义、评判原则、产生原因及对机床加工精度的影响。
2．懂得主轴回转误差的测量方法及实验原理。
三、 主轴径向误差运动的测试原理及方法1．主轴回转误差运动主轴回转时，在某一瞬时，旋转的线速度为零的端点联线为主轴在该瞬时的回转中心线。
理想情况下，主铀回转中心线的空间位置，相对于某一固定参考系统应该是不随时间变化的。
主轴回转精度测量方法
置上， 然后进行信号与数据的处理， 得出测量结果［8］。 1． 3 圆弧极板型差动式电容传感器法 该方法是一种主轴回转精度实时测量方法， 其工 作原理如图 4 所示， 该方法具有差动式配置， 又在主轴 上如图中 A － A' 和 B － B' 所示两截面处配置了相同的 对置式电容传感器以检测位移， 电容的极板为圆弧状， 中心角为 π /3 = 120° 。研究人员已经证实主轴轴线延 线上任意截面 C 处的径向回转误差运动 r （ θ， z ） 只取 决于各传感器所在的两截面上的主轴回转误差运动 r A （ θ） 和 r B （ θ） 的下列加权和差演算： z z r（ θ， z） = r A （ θ） － ［ 1 + ］ r （ θ个位移传感器（ 其延长线交于主轴轴心线一
点） 布置在主轴周围， 传感器之间的夹角为 Φ 和 τ， 对 3 个传感器的输出信号进行变换处理从而得出主轴的 回转误差。此方法无需基准球， 没有基准球的形状和 偏心误差， 测量精度较高。但是传感器数量较多， 所需 数据处理不是很方 机械装置的加工精度高， 装夹调试、 便［10］。 1． 5 基于虚拟仪器的测试方法 该方法特点在软件部分， 可使用 LabVIEW 等编写 程序， 分为 3 大模块： 数据采集； 数据处理； 结果显示及 评定， 每个模块又由一些小的部分组成［11］。 使用虚拟 模 仪器技术编写的应用程序是基于分层设计的理念 、 块化的方法开发出来的， 更换和测试都非常方便， 免去 了在测试不同转速的机床回转误差时需要不断更换滤 波器的类型和参数才能找到最合适的滤波器 。虚拟仪 器可以很方便地设计出数字滤波器对偏心进行分离， 以达到良好的测试效果。硬件部分如传感器等与以上 方法类似， 不同之处在于配置有插入式 PCI 数据采集 卡（ DAQ） 的计算机， 用于快速高效完成数据采集、 取 样和转换及后期处理。 LabVIEW 软件图形化的编程 语言使得即使不熟悉编程的工程技术人员仍能很快地 连接出所需功用的程序， 既可以进行数据的处理也能
机床主轴的回转误差对加工精度的影响.
机床主轴的回转误差对加工精度的影响【关键词】机床主轴的回转误差径向圆跳动轴向窜动纯角度摆动措施【摘要】工艺系统的几何误差是指机床、夹具、刀具和工件的原始误差（机床、夹具、刀具的制造误差以及工件毛坯和半成品所存在的误差等）。
这些误差在加工中会或多或少地反映到工件上去，造成加工误差。
随着机床、夹具、刀具在使用过程中逐渐磨损，工艺系统的几何误差将进一步扩大，工件的加工精度也就相应的降低。
而机床的几何误差包括了：机床的制造精度、安装误差和磨损引起的误差。
在加工过程中也会将这些误差会反映到工件上去，影响加工精度。
一.机床主轴回转误差的概念主轴回转误差是指主轴各瞬间的实际回转轴线相对其平均回转轴线的变动量。
产生主轴径向回转误差的主要原因有：主轴几段轴颈的同轴度误差、轴承本身的各种误差、轴承之间的同轴度误差、主轴绕度等。
因为机床的主轴传递着主要的加工运动，故其回转误差将在很大的程度上决定工件的加工质量。
衡量机床主轴回转误差的主要指标是主轴回转误差的指标是主轴前端的径向圆跳动和轴向窜动。
生产中主要用图1所示的方法来测量这种误差，不同类型和精度的机床，对跳动量有不同的要求，例如：对于普通的中型车床，标准规定，在靠近主轴端面处径向圆跳动允许差值为0.01mm，距第一测点300mm处允许值为0.02mm，轴向窜动允许为0.01mm.图1结论：主轴的实际回转轴线对其理想回转轴线（一般用平均回转轴线来代替）产生的偏移量。
而主轴的回转误差实际上是其基本形式：径向圆跳动、轴向窜动和纯角度摆动三种误差的合成。
由于主轴实际的回转轴线在空间的位置是在不断的变化的，也就是上述的三种运动所产生的位移（误差）是一个瞬时值。
二.主轴回转运动误差对加工精度的影响一般情况下，只能用一定精度的机床加工出一定精度的工件。
尽管各类机床的精度标准各不同，但归纳起来，车间的所有机床，我们分为：1.主轴误差1）工件回转类车床车床加工（工件回转，刀具移动）误差敏感方向不变即是在加工轴类零件时通过刀刃外（内）圆表面的法线方向。
《制造工艺》机床主轴回转精度实验
《制造工艺》机床主轴回转精度实验一、实验目的1、掌握工艺装备运动精度与加工误差的关系；2、熟悉机床主轴运动误差的表现特征、评定方法及测定技术；3、理解主轴回转精度的测定原理和方法，了解机床主轴的回转误差对零件精度的影响。
二、实验装置1、DB1型电容传感器2个2、DWS型超精密振动—位移测量仪2台3、SR2型四踪示波器1台4、ED4710型X—Y记录仪1台5、回转误差测试原件1个6、CA6140车床1台7、磁力表架2个8、杠杆千分表1套9、塞尺1个三、实验原理金属切削机床的主要功能部件是机床的主轴部件和进给运动部件。
主轴部件产生切削主运动，承受可大部分切削力。
因而其运动精度、刚度将直接影响到被加工零件的形状误差、尺寸误差、表面粗糙度等。
机床主轴回转精度是主轴运动精度的评定参数，它是反映机床动态性能的主要指标之一，其运动精度直接制约了被加工件的形状精度。
因而机床主轴回转精度的测定将直接反映了机床的工艺精度。
图1—1 实验原理图 1.基准圆球 2.电容传感器 3.摇摆杆 4.调整螺钉 5.调整球 6.固定心轴主轴回转精度的测试装置如图1—1所示，基准球（件1）用胶粘接在摇摆杆（件3）上，以调整球（件5）为轴节，调整螺钉（件4）与心轴（件6）固紧。
然后用三爪卡盘把心轴夹紧在机床（CA6140）主轴上，把杠杆千分表安装在千分表架上，使杠杆千分表触头与基准球接触，调整螺钉，使基准球的回转轴与机床主轴的回转轴心重合。
在测量中为了便于分析，基准圆球的轴心O'与主轴的回转轴心略有一偏心（一般为5~10μm）。
件2为互成90°安装的两个电容式位移传感器，这种传感器为非接触式，与基准圆球间保持一定的间隙Δ。
一般多用与高速回转主轴精度的测量中。
主轴回转时，由于基准圆球与主轴回转轴心的偏心e 引起主轴轴心漂移，使基准圆球和两传感器之间的间隙发生微小改变，由于间隙Δ的改变而引起电容C 的改变（因∆=πε4S C S —极板面积，Δ—间隙值）即传感器输出一信号，经放大器放大后分别输入到示波器的X 、Y 轴或输入X —Y 记录仪的X 、Y 轴。
普通车床回转精度纯径向跳动误差
林奇标 PB10009002
张磊 PB10009012
龚小雪 PB10009006
李欢 PB10009024
车床回转误差
测量方法原则
车床的主轴在车床内部，无法对主轴进行测量，所以采用间接测 量，在车床三爪卡盘上装夹标准轴，要求其圆度误差远小于车床 主轴回转纯径向跳动误差。 普通车床主轴回转纯径向跳动误差在1um量级，则选取圆度误差 在0.01um以下的标准轴。
主轴颈的形状误差：
主轴颈以椭圆模型代替时：1～2次谐波 主轴颈的不规则形状误差：高次谐波 轴承内圈滚道圆度误差: 高次谐波 轴承内圈对内孔的同轴度: 直流分量 注：基波频率为车床主轴回转频率
传感器的选择
传感器选择的要点： 1，丌不工件接触 2，丌影响工件运动 3，精度要求高 4，检测位移量 综上所述，可使用microsense电容式位移传感器 量程：100um 分辨率：2nm@1000Hz 带宽1KHz，5KHz，20KHz，100KHz
传感器安装位置
使用单个侧头，利用切点垂直切线的直线通过圆心这一特点， 使得侧头测量轴线通过工件回转轴心
数据采集及处理
数据处理结果
参考文献
1武良生，杨勇。机床主轴径向回转误差的测试不研究。【J】机 械设计不制造。2009年一月第一期。 2王少蘅。高速高精密主轴回转误差在线动态测试技术研究。【E】 广东工业大学硕士学位论文。广州。
纯径向跳动误差引起原因
主要原因：
主轴颈的形状误差；
轴承内圈滚道圆度误差； 轴承内圈对内孔的同轴度；
次要原因：
内、外圈滚道的波纹度 滚动体的形状精度和尺寸一致性 外圆与箱体配合情况及箱体孔的形状精度 车床工作时床身振动 标准轴的圆度误差 随机误差
背景资料综合实验机床主轴回转误差运动测试
实验机床主轴的回转误差运动测试随着科学技术的飞速发展，很多行业对回转轴差动误差的测量都极为重视，例如，有许多行业的设备都需要高精度的机械零件，它们的形状误差和表面粗糙程度往往要求在0.1〜0.25卩m以下。
要加工出这样高精度的机械零件，需要多方面的条件来配合才能够满足要求，其中的机床主轴的回转精度是最关键的条件之一。
而测量主轴的误差运动则可以了解机床主轴的回转状态及产生误差的原因，对机床的加工而言，它可以用来预测机床的理想加工条件下所能达到的最小形状误差，并判断产生加工误差的原因。
本实验对如何正确测量机床主轴的误差运动进行一些探讨。
一、有关的基础知识1 轴误差运动理想回转轴线——回转轴运转时，其轴心线在空间的位置稳定不变，即与空间的一条直线相重合，且无轴向的相对移动，我们就称这条固定直线为理想轴线。
文档收集自网络，仅用于个人学习但实际上，回转轴组件由于各零件的加工误差及安装误差存在，它的回转轴线在空间的位置是漂移的，并非固定不变。
文档收集自网络，仅用于个人学习那么，我们就把回转过程中实际的回转轴轴心线对理想线的相对位置的相对位移定义为回转轴的误差运动。
在实际研究中，往往根据不同的研究对象和目的，可以将理想轴线有选择地和不同的元件“固接”在一起。
例如，我们研究轴承时，可以把理想轴线和轴壳“固接”，这时的误差运动是回转过程中回转轴线对轴承壳体的相对运动，反映出轴承的回转质量，如果研究的是加工设备(如机床)，对刀具回转类机床，理想轴线可以与工件“固接”；对于工件回转加工类机床，理想轴线则可与刀具“固接”；这时主轴的回转误差运动就是刀具——工件之间的相对位移，反映出来的是加工误差。
文档收集自网络，仅用于个人学习但应注意，回转误差运动是一个复杂的合成误差，它是由几个方向的误差所组成，下面来具体分析(见图1-1)：文档收集自网络，仅用于个人学习总的来讲，实际回转轴线对理想轴线AB 在每一个瞬间的相对运动可以分解为三类五个运动：纯轴向运动z(t)，纯径向运动x(t)和y(t)，倾角运动a (t)和p (t)。
机床主轴回转误差测试研究
进 而 逐 步 代 替 仪 器 完 成 某 些 功 能 ，如 数 据 的 采 集 、分
析 、 示 和 存 储 等 。 因 此 ， 用 虚 拟 仪 器 进 行 主 轴 回 转 显 利
误 差实验 Βιβλιοθήκη 开 发 ， 活性强 。 灵 １ ）静 态 测 量 法 。将 一 根 精 密 芯 棒 插 入 机 床 主 轴 锥
器 测得 的位移 信号进 行分 析处理 。
３ ）在 线 误 差 补 偿 检 测 法 。在 机 床 主 轴 处 于 切 削 状 态 下 ， 监 测 的 结 果 直 接 用 于 控 制 切 削 补 偿 量 。 方 法 将 此
较 为复 杂 ， 少 在现 场检测 时采 用 。 很
２ 虚 拟 仪 器 实 验 系统
超精 密 、 能化 机床 的发 展具有 重 要意义 。 智
系 统 概 念 是 对 传 统 仪 器 概 念 的 重 大 突 破 。 “ 拟 ”主 要 虚 有 两 个 方 面 的 含 义 ： 它 的 面 板 是 虚 拟 的 ； 它 的测 试 ① ② 功 能 是 由软 件 编 程 来 实 现 。 虚 拟 仪 器 与 传 统 仪 器 的 最
机 床 主 轴 的 回 转 运 动 误 差 是 影 响 机 床 加 工 精 度 的 重 要 因素 之 一 ， 直 接 影 响 到 加 工 零 件 的 形 状 精 度 、 它 表
面 质 量 及 粗 糙 度 。 主 轴 回 转 误 差 是 反 映 机 床 动 态 性 能 的 主 要 指 标 之 一 。 过 回 转 误 差 运 动 的测 试 ， 预 测 机 通 可 床 在 理 想 加 工 条 件 下 所 能 达 到 的 最 小 形 状 误 差 和 粗 糙 度 ， 可 判 断 产 生 加 工 误 差 的原 因 。 还
主轴动态回转精度测试介绍
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」。
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。
数控机床精度要求、检测方法和验收
数控机床精度要求、检测方法和验收一、几何精度工作台运动的真直度、各轴向间的垂直度、工作台与各运动方向的平行度、主轴锥孔面的偏摆、主轴中心与工作台面的垂直度等。
机床主体的几何精度验收工作通过单项静态精度检测工作来进行，其几何精度综合反映机床各关键零、部件及其组装后的综合几何形状误差。
在机床几何精度验收工作中，应注意以下几个问题。
①检测前，应按有关标准的规定，要求机床接通电源后，在预热状态下，使机床各坐标轴往复运动几次，主轴则按中等转速运转10～15min后，再进行具体检测。
②检测用量具、量仪的精度必须比所测机床主体的几何精度高1～2个等级，否则将影响到测量结果的可信度。
③检测过程中，应注意检测工具和检测方法可能对测量误差造成的影响，如百分表架的刚性、测微仪的重力及测量几何误差的方向（公差带的宽度或直径）等。
④机床几何精度中有较多项相互牵连，须在精调后一次性完成检测工作。
不允许调整一项检测一项，如果出现某一单项须经重新调整才合格的情况，一般要求应重新进行其整个几何精度的验收工作。
二、位置精度数控设备的位置精度是指机床各坐标轴在数控系统控制下运动时，各轴所能达到的位置精度（运动精度）。
数控设备的位置精度主要取决于数控系统和机械传动误差的大小。
数控设备各运动部件的位移是在数控系统的控制下并通过机械传动而完成的，各运动部件位移后能够达到的精度将直接反映出被加工零件所能达到的精度。
所以，位置精度检测是一项很重要的验收工作。
1．数控机床的位置精度主要包括以下几项：（1）定位精度；定位精度是指机床运行时，到达某一个位置的准确程度。
该项精度应该是一个系统性的误差，可以通过各种方法进行调整。
（2）重复定位精度；重复定位精度是指机床在运行时，反复到达某一个位置的准确程度。
该项精度对于数控机床则是一项偶然性误差，不能够通过调整参数来进行调整。
（3）反向误差反向误差是指机床在运行时，各轴在反向时产生的运行误差（4）原点复位精度2．检测方法（1）定位精度的检测对该项精度的检测一般在机床和工作台空载的条件下进行，并按有关国家（或国际）标准的规定，以激光测量为准。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
综合实验一机床主轴的回转误差运动测试
1、实验目的
加工高精度的机械零件，对机床主轴的回转精度有非常高的要求。
测量机床主轴的误差运动可以了解机床主轴的回转状态，分析误差产生的原因。
通过机床主轴回转误差运动测试，要求学生：
(1) 了解机床的主轴回转误差运动的测试方法。
(2) 熟悉传感器的基本工作原理。
(3) 掌握传感器的选用原则及测试系统的基本组成。
(4) 熟悉并掌握仪器的基本操作方法。
(5) 基本掌握数据处理与图像分析方法。
2、实验原理
本实验使用两种方法进行误差运动测试：
(1) 带机械消偏的单向法直角座标显示的误差运动测试，见本实验的背景材料中的图
1-9。
(2) 电气消偏单向法圆图像显示的回转轴误差运动测试，见本实验的背景材料中的图
1-13。
3、实验对象
以C6140普通车床的回转主轴为研究对象，测试其在回转情况下的误差运动。
根据测试数据，用图像分析方法表示误差运动，分析误差运动产生的原因。
4、主要实验仪器和设备
(1) C6140普通车床
(2) 回转精度测试仪
(3) 涡流测振仪
(4) 信号发生器
(5) 双踪示波器
(6) 数字式万用表
(7) 可调偏心的测量装置
5、实验步骤
5.1 带机械消偏的单向法直角座标显示的回转轴误差运动测试
(1) 按照仪器的操作说明，熟悉系统所用各仪器控制面板上的旋钮、按键的作用及操
作方法；
(2) 按照原理框图正确地将系统中各仪器的信号线连通；
(3) 调整标准盘1(作为补偿信号)和标准盘2(作为误差的测量信号)的偏心量，标准盘2
的偏心量e2应尽可能小，仅稍大于被测量轴回转误差值，以保证得到信号即可，偏心量一般调整到0.03mm~0.05mm；标准盘1的偏心量e1应尽可能调大，大到使被测量轴回转误差值相对于偏心量可以忽略不计，及得到一个接近于纯偏心信号的光滑曲线，但因受涡流传感器工作间隙的限制，偏心量无法无限制地加大，一般调到0.40mm~0.60mm即可，并使e1和e2相差180o；
(4) 经指导老师检查系统连接正确后，接通电源预热仪器；
(5) 按测振仪使用要求调整好涡流传感器的工作间隙；
(6) 调整好机床转速，启动机床；
(7) 调整测振仪灵敏度，使之满足下面的关系式：e1.k1传感.k1测振仪= e2.k2传感.k2测振仪
(8) 将满足以上关系式的两路输出信号经加法器(借用回转精度测试仪后面板上的加
法器，此时应将总接口插板抽出)相加，在示波器上得到误差曲线，曲线上最高点与最低点的高度差即为圆度误差的相对值，曲线最大的垂直度即为粗糙度的相对值；
(9) 标定，方法为：用正弦信号发生器输出一标准正弦信号，使其幅值为测振仪当前
档位（如30um档）的满量程输出的电压值，将该正弦信号送入加法器输入端，在示波器上得到一幅值为A mm的正弦信号，则该测量系统的标定系数为30um/A mm；
(10) 求出绝对误差=相对误差(mm)×30um/A mm；
(11) 停机床、关仪器，并拆除仪器的所有连接线，整理现场。
5.2 电气消偏单向法圆图像显示的回转轴误差运动测试
(1) 按照仪器的操作说明，熟悉系统所用各仪器控制面板上的旋钮、按键的作用及操
作方法；
(2) 按原理框图正确连接好系统，仅用误差测量信号（即标准盘2的信号），并将回转
精度测试仪的总接口板插入插座中；
(3) 经指导老师检查连线无误后，接通电源预热仪器；
(4) 调整好机床转速，启动机床；
(5) 调整基圆：
(6) 回转精度测试仪产生基圆的原理：将测振仪的输出信号接入回转精度测试仪的S
输入端，由带通III从该信号选出与主轴同频的一次谐波，为了消除机床振动所引起的一次谐波的幅值变化对基圆的影响，用限幅放大器对一次谐波进行限幅，再用带通I选出稳定的一次谐波，然后将一次谐波分为两路，一路经移相器B移相90o，另一路不移相，将两路信号送示波器垂直输入端（Y端）和水平输入端（X端）叠加而产生基圆。
(7) 基圆的调整：首先根据机床转速n确定带通III和带通I所要通过的一次谐波的频
率。
(8) 调节带通III的频率粗调开关，使一次谐波的频率包括在开关所指的频率范围内，
如机床n=900转/分，则频率f=900/60=15Hz，粗调开关置在30位置。
调整频率微调电位器，直到示波器上出现的正弦信号的幅值为最大（将带通III的输出端与示波器的Y端相连）。
带通I的调整与带通III相同。
(9) 将示波器的X、Y端分别接回转精度测试仪的X、Y输出端，调节移相器B的移
相旋钮，使输出输入端相差90o（在示波器上得到一正椭圆图形），再调整增益电位器改变其幅值，在示波器上得到一个真圆，这个圆就是基圆。
（注意：调整基圆时一定将移相器A的增益关断）
(10) 测量，将测振仪的输出信号同时接到回转精度测试仪的R输入端，调节移相器
A的移相旋钮和增益电位器，使相位与R端信号相差180o，幅值等于R端信号基波的幅值，两者经加法器3相加，达到消偏的目的。
将已消偏的纯误差信号叠加到基圆上（由仪器内部完成），在示波器上得到的图形即为误差圆图像；
(11) 将所得到的圆图像用最小二乘方圆进行处理得到圆度误差的相对值（实际操作
是用一同心圆模板来套曲线，这时有一内接圆和一外接圆，两圆的半径差即为误差值，但应注意这样的两同心圆与误差的接触形态应满足最小条件——即同心圆的内、外接圆至少应各有二点与曲线接触，且内外圆节点应该是相同的。
）曲线以图面中心为基准所得到的最大宽度即为粗糙度的相对值；
(12) 标定：保持基圆的状态不变（去掉R端信号，关断移相器A的增益电位器），
将一标准正弦信号输入R端，该信号幅值等于测振仪当前档位（如30um档）满量程的输出电压值，这时示波器上获得一花瓣图形，调整标定信号频率使花瓣图形稳定，则花瓣的高度A(mm)代表的就是测振仪的满量程值30um，即标定系数为30um/Amm；
(13) 求出绝对误差=相对误差(mm)×30um/A(mm)；
(14) 停机床、关仪器，并拆除仪器的所有连接线，整理现场。
6、实验报告
实验报告要包括以下内容：
(1) 实验目的和意义
(2) 实验原理和方法
(3) 实验仪器及设备、耗材
(4) 实验方案（实验方案设计、实验手段，操作步骤）
(5) 实验原始记录（实验数据记录、现象记录、实验过程发现的问题）
(6) 实验数据结果
(7) 实验数据分析
a)实验数据图表处理
b)实验结果分析
c)实验中出现问题的分析
d)实验误差分析及其改进对策
e)分析误差运动产生的原因
7、预习思考题
(1) 什么是误差敏感方向？车床主轴的误差敏感方向是什么方向？
(2) 车床主轴回转误差运动测量结果的表达方式有几种，其含义是什么？
(3) 主轴回转误差运动的测量方法有哪几种？各自的优缺点是什么？
(4) 机床主轴为什么会产生偏心误差？什么是消偏，为什么要消偏？
(5) 何为机械消偏？如何机械消偏？机械消偏对标准盘的制造和安装有什么要求？
(6) 何为电气消偏？如何电气消偏？机械消偏对标准盘的制造和安装有什么要求？
(7) 图1-13（见机床主轴误差运动测试背景材料）中带通I、带通II、限幅器、移相器
A、移相器B和乘法器的作用是什么？
(8) 使用回转误差运动测试仪进行回转误差运动测试，应该选择什么类型的传感器？
传感器如何正确安装？如何标定？如何得到回转轴误差运动的真实值？
(9) 如何用最小二乘方园对获得的圆图像进行处理？
(10) 如果传感器安装时，没有完全垂直机床主轴，测试结果和上述结果有什么不同，为什么？。