回转误差测量新方法研究

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1、第一章概述￡，，乞，孝坦分别为X与y、X与Z、】，与Z导轨之间的垂直度误差。热误差：丰要是由环境的温度变化引起的，热源包括驱动马达、切削过程、传动链的摩擦等。加工过程产生的热量使机床结构发生膨胀、收缩和变形，最终使得刀具和工件之间存在位置误差，影响加工精度。最易受到热变形影响的机床部件是主轴和滚珠丝杠。控制误差：伺服系统的响应滞后、位置环增益不匹配、反向误差、间隙误差、滚珠丝杠的节距误差、粘滞运动、爬行、液压阀和传动链的振动等是数控机床的控制误差产生的主要原因。其他误差源：在加工过程中还存在三种影响加工精度的因素：(1)工f，l：的重量；(2)切削力；(3)机

2、床部件的偏载。所有这些都会使机床产生弹性变形。传统的提高主轴回转误差的方法有：提高主轴的轴承精度，减少机床主轴回转误差对加工精度的影响；对滚动轴承进行预紧从而来消除间隙；提高丰轴箱体支承孔、丰轴轴颈和弓轴承相配合的有关零件的加T精度等。目前使用空气惯性动力主轴加工所达到的形状精度仍然不能满足纳米加工的要求，且稳定性较差。20世纪70年代末，美国密执根大学吴贤铭教授提出了通过在线误差检测和动态补偿来提高机床精度的思想，避免提高系统硬件精度带来的l岛成本，为探索获取同转误差的方法提供了新的思路，成为现代精密加工技术的发展方向“1。传统的回转误差测量方法足基于60年

3、代末日本园成夫提出的三点法测量原理，其关键技术集中在误差分离(EST—errorseparationtechniques)，并依据空间和获取信息的要求在此基础上发展了四点法、二点法、五点法等。测量方法‘‘般是刖电容或电感涡流传感器对安装在主轴上的标准球进行毕．点或多点测量，采集的电感或电容变化信号量经数字化，主要包含主轴径向回转误差、标准球的安装偏心和标准钢球的形状误差三项。由于在误差分离方程求解过程中均采用离散傅立叶变换，因此测量精度归结为如何减少谐波加权函数的凿波抑制问题，在原理上存在一定的精度损失。回转误差目前上述多数方法不能将误差完全分离开，一般会残存

4、着被测标准件形状误差的奇次谐波：从理论上讲，在多步法中当转位次数等于采样点数时才可将系统误差完全分离出来，但这样会使测量周期长，系统漂移影响很大，误差分离和测量过程中测量状态的变换难以控制，最终导致测量结果的离散性很大。随着误差分离技术的同臻完善，解决传统的测量方法瓶颈问题接近饱和，同时存在多传感器测量头一i一致性、模拟信号一i利丁．计算机后续处理等问题。本文提出一种全新的测餐回转误差的方法，是由CCD图像信息传感器、光学系统、信号采集与处理构成的光电非接触式测量系统，可避免传统测量方法中必要的误差4第一章概述分离，且提供的数字信号便于后续计算机处理和在线误差

5、补偿幢l。主要包含了硬件测量系统搭建、选取不同形态特征的跟踪标靶、不同标靶相应的数字图像处理方案以及后续误差分析和部分误差补偿方案等。采用浮点数得到亚像素位置精度的同时，同时可利用其几何轮廓特征获得特定方向如内的回转运动信息，为进一步研究回转轴回转误差运动提供了更为丰富fl勺数据。第2章传统回转误差测量方法可达O．5％“t蝻1，离散信号z。(秒)，z．(秒)，z：(秒)还含有量化误差，它由A／D转换器位数性能决定。D：组合信号z3(，z)的误差估计主要由仪器的示值误差和A／D转换器的性能决定，刖D可采用特殊订货。2．1．3回转误差评定函数消除偏心引起的误差后，

6、后续工作是数据处理，由于实验中的主轴径向跳动误差反映在标准球的最大轮廓的变化上，而日．标准球的加上精度比较高，根据传感器探头直径的大小可以忽略标准球的表面形状误差的影响，冈此回转误差评定可以依据圆度误差的评定方法。在对丰轴回转精度进行处理时，要对测量信号／(f)=“(f)+／v(f)进行均匀采样，得到有序数列：五=／(足△)=“^+歹VI七=l，2，⋯，Ⅳ(2—9)其中，△称为采样周期。在理想情况下，理想圆心运动五就是位移传感器的观测值蚝+^，它包括·以下兰部分“⋯：(1)圆心运动的定常分量％；(2)被测元件的偏心运动a口M；(3)圆心的误差运动爿=以一％一c

7、IPp‘其中，c0，q是常复数，可以表示成铴=“o+／Vb=％97南；cl=甜l+，M=‘P确w=2万／丁，丁是主轴每转所需要的时间：丁=从，K是主轴每转所采样的点数，△为采样周期。圆心运动的定常分量c0是由于位移传感器的安装位置而产生的，产生偏心的原因除了被测元件的安装偏心之外，还包含了由丁动小一、l‘衡等因素所引起的一次谐波分量。这两种分=晕=存一次测量中是4i能分离的。对．丁-机床主轴而言，两者对于加工的影响和产生的效果是相同的，冈为-．次谐波分量qP·M和定常分量％对加工的形状误差没有影响，所以在评定机床回转精度时，应当排除定常分量c0和一次谐波分量a

8、P一“两部分。通常的评定回转误差的方法