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1、 数控装备设计试验指导书适用专业:机械设计制造及其自动化、机械设计制造及其自动化、机械电子工程机械电子工程 课程代码:6003419 学时:4 学时:编写单位:机械工程与自动化学院机械工程与自动化学院 编 写 人:陈陈 鹏鹏 一、试验目的和任务1.初步驾驭主轴回转精度的测量原理和方法。2.了解试验数据的处理方法和主轴回转误差的评定方法。3.作出车床主轴回转运动误差图象，评定主轴回转精度的凹凸。二、试验仪器、设备及材料1.百分表。2.磁力表座。3.OD9000涡流位移传感器。4.NJK-5002霍尔传感器。5.MP420 USB数据采集板。6.2通道信号调理板。7.基准球。8.计算机（数据处理）
2、。9.C2-6136HK三、试验原理1.主轴回转精度基本概念机床主轴回转精度是反映主轴回转时轴心线在空间所产生的运动误差。假如该项误差为零，意味着主轴回转时能使轴心线保持稳定不动，明显，对于车床来说，主轴若能达到这种状态就能够车削加工出志向的圆截面形态。但事实上由于主轴轴承滚珠、滚道存在形态误差，以及主轴装配在轴承中所出现的装配调整误差，主轴轴系在回转时的轴心线必定会出现或多或少的微小晃动，从而构成了主轴回转的误差。由于该误差不行避开，加工过程中，将使工件截面轮廓出现形态误差，如椭圆度、棱圆度、水纹度等。2.主轴回转精度测试方法主轴回转精度测试方法有：静态测试法、动态测试法和在线误差补偿检测法
3、。静态测试法是在机床主轴处于静止不动的状态下测出的主轴回转精度；动态测试法则是在主轴处于旋转状态下，动态的测试出主轴回转精度；在线误差补偿检测法是在机床主轴处于切削状态下，将检测的结果干脆用于限制切削补偿量，以提高机床加工的精度。其中在线误差补偿检测法最为困难，为了分别测量断面的形态误差和主轴的运动误差，须要安装多个传感器，故此方法很少在现场检测时接受，往往集成到机床内部作为系统闭环限制的反馈检测环节运用。静态测量法虽然简洁可行，但是不能反映主轴在工作转速下的回转误差，也不能把性质不同的误差分开，所以现在已经很少运用。动态测试法则是比较折中的方法。它往往接受一个基准球作为测试基准，可以忽视测试
4、断面的形态误差而只需测量系统的运动误差，通过安装一个到两个传感器，就可以得到机床主轴的回转精度，以便利进行机床性能评估和加工误差的预料。3.机床主轴回转精度动态测试法分析实际测量中，较常用的动态测量法有双向测量法和单向测量法。主轴回转精度的测量，分为工件回转型和刀具回转型两种，相应的机床有车床类和镗床类。车床类与镗床类机床的主轴回转精度对工件加工精度的影响是不同的。车床类机床在加工时工件与主轴固连并随主轴同步转动，刀具的横向位置固定不变。在某一瞬时，主轴回转的径向误差(t)(图1-1中的OO1)可以分解为(t)y和(t)Z。由图1-1中可以看出，在刀尖处沿被加工表面理论轮廓法线方向的位移重量(
5、t)y使工件半径产生同样大小的变更(工件相当于处在A的位置，志向加工半径ro，实际加工半径rl，加工误差rorl=(t)y；而沿被加工表面切线方向的位移重量(t)Z对工件半径影响很小(工件相当于处在B的位置，加工半径r2，加工误差r2一r。=(t)Z 2/2ro)。因此，称被加工表面理论轮廓上瞬时切削点的法线方向y为误差敏感方向。为了分析探讨主轴回转误差对工件加工精度的影响，应在误差敏感方向上测量位移重量(t)y，这样才能正确评定主轴回转精度。车床类机床在加 工过程中误差敏感方向固定不变(称固定型误差敏感方向)，又称单方向测量。而镗床类机床 (如钻床、铣床、加工中心机床等)在加工工件时，工件不
6、回转，刀具与主轴固连并随主轴同步回转，误差敏感方向随刀具位置不同而变更，称为回转型误差敏感方向。此时主轴回转精度的测量必需在两个相互垂直的方向上同时进行，又称双向测量。主轴回转精度用主轴回转轴线运动误差在误差敏感方向上的误差值的大小评定。误差越小，精度越高。本试验接受单向测量法。系统由标准球及相应的夹持机构夹具、精密涡流位移传感器、调理电路板、数据采集卡和计算机等几大部分组成。精密涡流位移传感器拾取机床主轴回转跳动信号，采集到的跳动信号经过调理电路放大、滤波，再送给数据采集板进行A/D转换和USB数据传输处理，最终传输给计算机，用圆图象来表示回转运动误差。系统结构如图1-2所示。图1-2系统结
7、构图4.数据处理数据处理过程中，为体现机床主轴回转误差对工件的干脆影响，常将误差敏感方向测量的误差曲线叠加在一个基圆上，形成圆图像来表达测量结果，这种图像的外缘轮廓与工件的外缘轮廓很近似（如图1-3所示）。在具体处理中，首先在圆图象上找出最小间距中心MRS，这是两个包含总误差运动圆图象的同心圆的半径差具有最小值时的共同圆心。接受试凑法找两个同心圆，每个圆都与圆图象有两个切点，且内外圆的切点交织排列。以MRS为圆心，这两个包涵误差运动圆图象的同心圆的半径差为径向误差运动值。沿通过极坐标中心的半径方向测量的总误差运动圆图象的最大宽度为随机误差运动值。可见，所选基圆半径的大小对误差值影响不明显，基圆
8、只供应一个便于直观表达测量结果与进行数据处理的地方。对圆图像的数值评定方法很多，如最小区域法、最小外接圆法、最大内接圆法和最小二乘圆法等。由于本试验中的主轴径向跳动误差反映在钢球的最大轮廓的变更上，而且钢球的加工精度比较高，依据传感器探头直径的大小可以忽视钢球粗糙度的影响，因此误差评定可以依据圆度误差的评定方法来进行，即接受最小二乘法来进行数据处理。最小二乘圆圆心坐标(a，b)和半径R为：式中，xi，yi 实际轮廓上各等分点Pi 的坐标ri Pi点到坐标原点的径向距离 n 被测圆的等分数(通常取双数值，n越大结果越精确)求出a，b后，Pi点至最小二乘圆圆心距离为：实际圆度误差为：F=Rimax
9、 一Rimin在同一转速下，用单圈评定的方法，找到最小二乘圆心后，分别求出最小二乘圆心到轮廓上每个点的距离，回转误差就是其中最大距离与最小距离的差，然后对多圈结果进行平均，最终得到此转速下主轴的回转精度。四、试验步骤1.将标准球及相应的夹持机构夹具按图1-2装夹于主轴三爪卡盘内。2.传感器的安装 1）涡流传感器的安装涡流传感器安装特制的支架上，使涡流传感器对准标准芯轴轴心线尽量在垂直主轴轴心线且过球心的水平面上，并保证涡流传感器的感应端端面距离球最近的位置为0.7（0.51）mm。然后将涡流传感器的的信号线接至限制箱的前置放大器。2)霍尔接近开关的安装霍尔接近开关安装特制的支架上，使接近开关工
10、作端面对准标准芯轴直径最大的圆盘。永久磁铁（，厚度约为15mm）安放在标准芯轴直径最大的圆盘的圆周上，其位置应使接近开关的端面与磁铁正对并保持约23mm的距离。然后将霍尔接近开关信号线牵引到限制箱 的同步信号插座（3芯航空插座）上。在粘磁铁之前确定要事先试一试磁极的方向（N或S）是否正确？在限制箱通电的状况下，将磁铁某一面与接近开关工作端面对正并保持约23mm的距离，假如此时接近开关上面的发光二极管亮了，说明磁铁和接近开关的相对关系是正确的；反之假如上面的发光二极管不亮，则需将磁铁翻转。3.按图1-2联接各仪器，待检查无误后方可接通电源。4.开动机床，测试101000r/min三种不同转速下空载时的圆图象及主轴回转误差。（软件运用说明见第七项）6.记录并保存试验结果。五、试验报告要求1.试验数据记录 通过主轴回转精度测试软件完成数据采样和数据处理。记录或打印101000r/min三种不同转速下空载时的主轴回转误差值。2.试验结果分析：评定主轴回转精度的等级，（按下表进行评定）。图3.8主轴轴肩支撑面的跳动图3.9主轴定心轴颈的径向跳动 图3.4 主轴锥孔中心线的径向跳动 图3.5 溜板移动对主轴中心线的不直度 图图3.6 3.6 主轴锥孔中心线和尾座套筒中心线对溜板移动的不等高度主轴锥孔中心线和尾座套筒中心线对溜板移动的不等高度图3.7 溜板移动对尾座套筒中心线的不平度