主轴动态精度测试与分析

２０１８年９月

第４６卷第１７期

机床与液压

ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ

Ｓｅｐ ２０１８

Ｖｏｌ ４６Ｎｏ １７

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－３８８１ ２０１８ １７ ０１６

收稿日期：２０１７－０４－０５

基金项目：国家科技重大专项（２０１４ＺＸ０４０１４０２１）

作者简介：刘志松（１９９４ ），男，硕士研究生，研究方向为机床可靠性和性能测试等㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｚｓ＠ｍａｉｌ ｄｌｕｔ ｅｄｕ ｃｎ㊂

主轴动态精度测试与分析

刘志松，刘阔，王永青，吴嘉锟，况康

（大连理工大学机械工程学院，精密与特种加工教育部重点实验室，辽宁大连１１６０２４）

摘要：主轴动态误差对加工精度有至关重要的影响，针对主轴动态误差进行了试验与分析㊂介绍了主轴动态误差的概念，采用主轴动态误差分析仪对主轴动态误差进行了采集，采集的数据包括主轴径向平均误差㊁径向异步误差㊁轴向平均误差㊁轴向异步误差以及轴向最小间隙㊂对某型号同类型三台立式加工中心分别进行了多转速情况下的测量，对比并分析了三台立式加工中心的测量结果㊂在转速为７５００ｒ／ｍｉｎ时，三台立式加工中心径向异步误差分别为７０㊁１５㊁１５μｍ；在转速升至６０００ｒ／ｍｉｎ之后主轴最小径向间隙均有较大提升㊂试验结果表明：主轴动态精度受到机床工况和转速共同影响；在高速转动情况下，主轴径向最小间隙增大明显；加工时要根据工况合理安排转速，以保证加工质量㊂

关键词：主轴；动态误差；径向误差；轴向误差

中图分类号：ＴＧ６５９㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀文章编号：１００１－３８８１（２０１８）１７－０７２－４

ＴｅｓｔａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＤｙｎａｍｉｃＡｃｃｕｒａｃｙｏｆＳｐｉｎｄｌｅ

ＬＩＵＺｈｉｓｏｎｇ，ＬＩＵＫｕｏ，ＷＡＮＧＹｏｎｇｑｉｎｇ，ＷＵＪｉａｋｕｎ，ＫＵＡＮＧＫａｎｇ

（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＰｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄＮｏｎ－ＴｒａｄｉｔｉｏｎａｌＭａｃｈｉｎｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｓｃｈｏｏｌ

ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＤａｌｉａｎＬｉａｏｎｉｎｇ１１６０２４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｅｒｒｏｒｏｆｓｐｉｎｄｌｅｈａｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｍａｃｈｉｎｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙ．Ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｅｒｒｏｒｏｆｓｐｉｎｄｌｅｗａｓｔｅｓｔ⁃

ｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆｄｙｎａｍｉｃｅｒｒｏｒｏｆｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄｄｙｎａｍｉｃｅｒｒｏｒａｎａｌｙｚｅｒｏｆｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｗａｓｕｓｅｄｔｏｃｏｌｌｅｃｔｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｅｒｒｏｒｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｒａｄｉａｌａｖｅｒａｇｅｅｒｒｏｒｓ，ｒａｄｉａｌａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｅｒｒｏｒｓ，ａｘｉａｌａｖｅｒａｇｅｅｒｒｏｒｓ，ａｘｉａｌａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｅｒｒｏｒｓａｎｄａｘｉａｌｍｉｎｉｍｕｍｃｌｅａｒａｎｃｅ．Ｔｈｒｅｅｓａｍｅｔｙｐｅｖｅｒｔｉｃａｌｍａｃｈｉｎｉｎｇｃｅｎｔｅｒｓｗｅｒｅｍｅａｓｕｒｅｄｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｏｔａｔｉｎｇｓｐｅｅｄｓｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｎｄｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｔｔｈｅｒｏｔａｔｉｎｇｓｐｅｅｄｏｆ７５００ｒ／ｍｉｎ，Ｒａｄｉａｌａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｅｒｒｏｒｓｏｆｔｈｒｅｅｖｅｒｔｉｃａｌｍａｃｈｉｎｉｎｇｃｅｎｔｅｒｓａｒｅ７０，１５ａｎｄ１５μｍｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ａｆｔｅｒｔｈｅｒｏｔａｔｉｎｇｓｐｅｅｄｉｎｃｒｅａｓｅｄｔｏ６０００ｒ／ｍｉｎ，ｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｒａｄｉａｌｃｌｅａｒａｎｃｅｏｆｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｉｎｃｒｅａｓｅｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｙｎａｍｉｃａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｗａｓａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｎｄｒｏｔａｔｉｎｇｓｐｅｅｄｏｆｔｈｅｍａｃｈｉｎｅ．Ｉｎｔｈｅｃａｓｅｏｆｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｒｏｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅｒａｄｉａｌｍｉｎｉｍｕｍｃｌｅａｒａｎｃｅｉｎｃｒｅａｓｅｓｏｂｖｉｏｕｓｌｙ．Ｔｏ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｐｉｎｄｌｅ；Ｄｙｎａｍｉｃｅｒｒｏｒ；Ｒａｄｉａｌｅｒｒｏｒ；Ａｘｉａｌｅｒｒｏｒ

０㊀前言

主轴作为精密加工机床的核心部件，影响着机床加工精度㊂机床的工作性能和寿命都会受到主轴动态误差的影响㊂加工工件的圆度㊁表面粗糙度和平面度都与主轴有关㊂通过对主轴动态精度进行测试和分析，为进一步提高机床的加工精度，研发改良型号的机床提供数据支持和理论保障㊂因此，主轴的动态误差测试具有重要意义㊂

国内外很多学者对主轴动态误差进行了大量的研究㊂孙艳芬［１］介绍了主轴回转误差的概念及其基本形式，分析了它对加工精度的影响㊂王莹等人［２］对主轴系统动态误差和热漂移误差进行了测试与分析㊂朱永生等［３］对主轴动态回转误差进行了实验研究，测试分析了主轴回转误差受转速的影响㊂许颖等人［４］研究了

主轴转速和温升对主轴动态误差的影响㊂刘阔等人［５］在不同的转速下对主轴的动态误差进行了测试，并对主轴动态误差随转速的变化进行了分析；包丽等人［６］结合模态对加工中心主轴动态误差进行了研究㊂靳岚等人［７］同时在两个方向上对主轴的回转误差进行动态测试㊂

以上研究对于主轴动态误差研究有着很大实用价值，实验往往对单一机床在一种测试方法下对主轴进行动态测试，缺乏对比，没有考虑到安装㊁工况对主轴精度的影响，不能发现同一类型机床产品主轴动态精度变化的普遍规律㊂

文中对同一批次㊁同一型号的３台立式加工中心，分别对主轴动态误差进行测试㊂主轴的动态误差测试主要包括径向动态误差㊁轴向动态误差㊁最小径