背景资料 综合实验一机床主轴回转误差运动测试.doc

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1、实验一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0.1～0.25μm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—

2、—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。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。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

3、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。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）：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α(t)和β(t)。从分解的五种运动的特点可看出，径向误差运动r(t)是由纯径向运动x(t)、y(t)和倾角运动α(t)、β(t)合成的结果。由于倾角运动α(t)、β(t)的

4、存在，在不同的位置上所检测出的误差运动（径向的端面的）大小是不相同的，因此，我们在讨论径向误差运动r(t)和端面误差运动f(t)时，应指明测量点的轴向位置和径向的半径位置（见图1-2）。（a）误差运动坐标系统（b）轴向误差运动（c）纯径向误差运动和倾角误差运动(d)径向误差运动的分解（e）端面误差运动图1-1误差运动分解示意图图1-2不同测点的误差运动分析2误差敏感方向由于直接测量主轴的回转误差运动比较困难，而且我们研究切削机床和测量主轴回转误差运动的目的是考察误差运动对加工误差或测量误差的影响。而不是误差运动的本身。因此只需要测量出误差运动中对加工精度影响最大的那个方向的分量

5、。这样就存在一个误差敏感方向的概念。误差的敏感方向——指与一个通过瞬时加工点（或测量点），并垂直于理想工件形成表面误差的直线相平行的方向。沿这个方向的回转误差运动对加工误差（或测量误差）影响很大。误差运动以1：1的关系直接转化为加工误差（或测量误差）。而其它方向的误差运动的影响比敏感方向小。其影响程度视该误差运动在敏感方向的投影大小而定，与敏感方向相垂直的方向称非敏感方向。该方向的误差运动对加工误差影响极小。例如：车削加工时（图1-3）。工件半径为RW。当刀具在X方向移动S‘N时所产生的加工误差为△γ‘。其两者是相等的。即△γ‘=S‘N故X方向为敏感方向。而在与X垂直的y方向若

6、移动S‘N，则产生的误差△γ为△γ=（SN）2/2RW根据此式，若S‘N与SN属于同一个数量级时，完全可以忽略非敏感方向上的误差运动SN对加工误差的影响。根据敏感方向的特点，可以将机床分为固定敏感方向类（车床类）和回转敏感方向类（镗床类）。上例所说的是固定敏感方向，但还有一类机床，其主轴回转时各方向的误差运动对加工误差具有相同程度的影响。即可以把任何方向都看作敏感方向。测定误差运动相当于确定主轴轴线在空间的位置。这类机床属于回转敏感方向类。但是，根据一个矢量可以分解为两个相互垂直的分量的原理。我们可以认为这类主轴在回转时具有相互垂直的两个敏感方向。这是我们简化测量方法的理论依据

7、。（a）敏感方向的误差运动（b）非敏感方向的误差运动图1-3误差运动和敏感方向3圆图像在示波器的水平、垂直两个输入端分别加以正弦波电压时，在荧光屏上显示出的图形为李沙育图形。设加上两个频率相同，但幅值和相位不同的正弦电压。μy=Uysinω(a)μx=Uxsin(ωt+ψ)(b)μy、μx——加在水平、垂直端的电压瞬时值。[mV]Uy、Ux——两输入端的电压峰值。[mV]ω——角频率。[rad/s]ψ——初相角。[rad]t——时间。[s]将（a）式代入（b）式并化简。得-2cosψ+=si