硕士学位论文-高速主轴回转精度的测试与研究

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1、北京工业大学硕士学位论文高速主轴回转精度的测试与研究姓名：杨勇申请学位级别：硕士专业：机械制造及其自动化指导教师：伍良生20080501摘要超精密电主轴是超精密机床的关键技术之一。主轴回转误差是影响机床加工精度的主要因素。主轴回转精度是评价机床动态性能的一项重要指标。现代高速超精密加工机床的主轴多采用液体静压轴承主轴和气体静压轴承主轴。液体静压轴承和气体静压轴承的应用使得主轴回转精度得到大幅提高，使其进入到亚微米甚至纳米级别。另一方面机床自动化、智能化技术以及机床主轴回转误差预报、补偿技术的发展，则要求我们能对高精度的主轴回转误差进行负载下的实时动态测量。主轴回转精度的测量不可避免会混

2、入被测件本身的形状误差，而对于高精密主轴回转精度的测量，混入的形状误差不能忽略，因此主轴回转精度测量技术的研究焦点在于误差分离技术的研究。本课题以机床主轴与高速精密电主轴作为研究对象，在对三种主要误差分离技术深入研究的基础上，结合高速高精密主轴工作的新特性，提出了一种简便、准确的能用于工况状态下进行回转误差实时动态测量的数理统计法误差分离技术，建立了数理统计法误差分离技术的理论，给出了完整的测量方法及具体的数据处理方法。为了对数理统计法误差分离技术的有效性进行仿真验证，对其分离精度进行仿真评价，以Matlab7为开发平台，开发了一套专门的开放性主轴回转误差仿真软件系统。在该仿真系统上，

3、应用数理统计法误差分离技术分别对随机性和周期性主轴回转误差进行了仿真测量研究，根据仿真测量结果观察数理统计法误差分离技术的分离效果。另外，研究了统计转数对测量结果精度的影响规律。根据数理统计法误差分离技术测量方法的要求，正确选择满足测量要求的组件，搭建了一套适用于高速高精度主轴回转精度测量的硬件系统；基于虚拟仪器技术，以LabVIEW8．2为开发平台，开发了一套高速主轴回转误差动态测试系统。在高速主轴回转误差动态测试系统上对北京工业大学机械制造技术实验室的机床主轴和高速精密电主轴进行回转误差的测量实验研究，通过对测量数据的分析评定数理统计法误差分离技术的有效性及测量方法的可靠性。关键词

4、：回转误差；圆度误差；高速主轴；误差分离ABSTRACTABSTRACTUltraprecisespindleisoneofthekeytechnologiesofultraprecisemachinet001．Spindlemotionerrorisamainfactorthatinfluencesthemachiningaccuracyofthemachinet001．Spindlemotionaccuracyisallimportantitemtoevaluatethedynamicperformanceofmachinet001．Themeasurementofthespind

5、lemotioneli'orisoneofthekeytechnologiesofprecisemachinet001．Aerostaticmotorizedspindleandhydrostaticmotorizedspindleareadoptedwidelyinmodemhighspeedultraprecisemodemmachinetool，whichgreatlyimprovethespindlemotionaccuracyuptosubmicrometerevennanometer-level．Furthermore，thedevelopmentofmachinetool

6、automationtechnique，intelligenttechnique，predictionandcompensationtechniqueofthespindlemotionerrorrequestUStocarryoutareal-timedynamicmeasurementofthemotionerroronhighprecisespindle．Aspindlemotionaccuracymeasurementwillinevitablybeinfluencedbytheshapeofthetargetsurface．Forhighprecisionspindles，t

7、heformerrorcannotbeneglected．Sotheresearchofspindlemotionerrormeasurementtechniquefocusesontheerrorseparationtechniques．Inthisproject，ahighspeedaerostaticmotorizedspindlewaschosentobetheresearchobject；threemainerrorseparatio