第7章 测控——【电主轴的设计与选型】

第7章电主轴的测试仪器

现代机械设备发展的一个明显的趋势是向大型化、高速化、连续化和自动化方向发展。现代的高速电主轴组成和结构越来越复杂，功能越来越强大，性能和指标越来越高，同时，对设备的测试和维修要求越高，对检测高速电主轴的仪器要求越来越精确。目前，对高速电主轴主要进行以下几个方面的检测。

7.1高速电主轴的回转精度测试[1]～[3]

[1]许可. 基于虚拟仪器LabVIEW的高速电主轴性能测试研究[D].哈尔滨工业大学,2013.

[2]陈长浩. 主轴运动精度的测试与研究[D].北京工业大学,2010.

[3]杨钢. 高速电主轴回转精度及静刚度测试研究[D].重庆大学,2008.

高速电主轴的回转精度，通常是指高速电主轴在加工的过程中，理想状态下的回转中心线与现实情况下的回转中心线不重合。理想状态下的回转中心线，是一条保持不变的直线。而现实中，由于振动，热温等原因，电主轴的回转中心有所偏移。偏离程度可以描述出电主轴在回转过程中的回转误差。

主轴回转精度作为机床或仪器轴系工作性能与质量的重要指标，是影响精密加工和测量精度的主要因素，测量和辨识主轴回转误差，是评定机床和仪器精度的主要工作。

电主轴偏离的运动过程中，有三种形式：径向运动、轴向运动和倾角运动。具体如下：

（1）径向运动是指转子在回转过程中的径向相对其理想轴线平行并沿着径向平移运动，也叫做径向跳动。这种运动会导致教工过程中径向加工质量和精度的降低。实际工况中尤其对铣削、磨削工序的影响较大，而对车削影响较小，仅

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影响对圆的加工这种情况；

（2）轴向运动是指转子在回转过程中的轴向相对其理想轴的平移运动，也叫做轴向窜动。和径向运动相反，这种运动不会影响径向加工表面，在实际工况中对铣削、磨削工序的影响较小，而对车削过程的端面加工精度和质量影响较大。

（3）倾角运动是指转子在回转过程中的轴相对理想回转轴线形成某一变化的角度。这种运动对轴向和径向的加工都有影响,其影响沿着轴向与径向都是不一样的，倾角误差运动产生的最大径向误差是位于轴的某一端面，即角度摇摆半径的最大位置。

然而，在实际测量转子的回转精度过程中，可以测量出在产生最大误差的工作界面上的回转精度，即为整个轴线回转精度最大值。对于倾角误差运动的测试，可以测试两个不同的截面的径向位移，在进行处理就可以得到角度摆动误差。因此，对电主轴三种类型的回转精度测试只需要测试电主轴某截面的径向回转误差测试和端面的轴向回转误差测试即可。

随着科学技术不断的快速发展，机床主轴回转精度测试也在不断升级。高速电主轴的回转精度的测量常用方法有三种，分别为：打表测量法、单向测量法、双向测量法。

（1）打表测量法

打表测量法，是最早的、简单的、容易操作的方法，既可以测试电主轴某截面的径向回转误差，也可以测试端面的轴向回转误差，在现在许多工厂依然在使用，但精度有待提高。通常可以使用仪器表（千分尺）直接测试电主轴回转精度，也可以使用测量试件来评定主轴回转误差，测试示意图如图7.1所示，某企业的几何精度检测如表7.1。工厂使用的仪器表如图7.2所示。

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(a) 径向回转误差测试（b）端面的轴向回转精度测试

图7.1 打表测量法

图7.2 测试仪器

表7.1 几何精度检测标准

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（2）单向测量法

单向测量法，是将一个位移传感器安装在回转面的一个方向上，如图7.3所示，常见的位移传感器如图7.4所示。利用传感器对该方向上的连续采集数据，根据转动频率绘制以角变化量为自变量的位移-角度曲线，加上基圆，按照旋转角度展开程一个圆图像。单向测量法，只适用于具有敏感方向的主轴转精度的测量。

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