圆光栅配合自准直仪测量主轴径向运动误差

提出一种在线非接触式测量主轴径向回转误差的方法,为验证其准确性,搭建了主轴回转误差测量装置并进行了比对实验。该方法主要由圆光栅、读数头、环形平面镜以及激光自准直仪组成。首先,将圆光栅及环形平面镜安装在主轴上,并在双顶尖装置中将光栅安装偏心误差和平面镜与主轴不垂直误差进行标定。然后,将主轴安装在转台上,双读数头对径安装,自准直仪安装在平面镜下方。在主轴回转过程中,双读数头圆光栅可以测得主轴径向运动误差,自准直仪可以测得主轴径向运动误差方向上的偏摆角误差。最后,根据主轴上一点的径向运动误差及其在此方向上的偏摆角误差便可以计算出主轴轴向各个点的径向回转误差。设计了比对实验,结果表明在主轴径向回转误差为±12μm时,本方法与传统单向法比对残差在1μm以内。本文提出的主轴径向回转误差测量方法可以应用到精密主轴回转类装置中,实现在线检测主轴径向回转误差的目的。此外,该方法无需采用标准球,不受轴表面粗糙度、圆度等的影响。     

多变量电主轴热误差预测模型与补偿实验研究

为解决加工中心电主轴的热误差补偿问题,建立适用性更强的电主轴热误差预测模型,实验测试了不同转速下加工中心电主轴的温升和热伸长,建立了基于指数函数的电机温升、主轴转速及时间的三变量轴向热误差预测模型。随后取两种转速进行实验,对补偿效果进行了验证;并与主轴转速、时间双变量热误差预测模型进行了对比。结果表明,三变量模型补偿效果优于双变量模型,为加工中心电主轴热误差补偿并实用化提供了新的思路。     

时序分析在电主轴热误差建模中的应用

针对电主轴热误差基于三点法测量和建模中忽略径向热倾角误差的问题,采用五点法对主轴热误差进行测量,建立基于时序分析的热误差自回归滑动平均混合模型ARIMA。通过引用单位根检验算法实现对热误差序列的平稳性判定,运用自相关/偏自相关函数完成模型的高效识别;利用信息准则解决热误差模型的定阶问题,结合Yule-Walker方程实现自回归参数以及滑动平均参数的求解,从而提高了模型的预测精度及泛化能力,设定了模型的预测优度评价标准。电主轴热误差模型蕴含轴向伸长及径向热倾角,更符合实际,模型可更准确地描述主轴热误差空间位姿状态。通过电主轴热误差建模的应用实例,验证了所提测量及建模方法的有效性。     

五点法测量机床主轴轴向及倾角的运动误差

提出了测量机床主轴的轴向及倾角运动误差的端面五点法。在轴端面绕轴心的某一圆周上,垂直于轴端面,按通过误差分析优化确定的位置,布置五个测头,在主轴回转一圈中同时测得主轴的轴向及倾角运动误差以及端面基准的形状误差,并将测头的读数及定位误差的影响降至最低程度。本方法可用于机床主轴回转精度的实时测量,试验表明其测量精度可达亚微米级。     

液体静压电主轴回转精度测量与结果分析

为解决高精密液体静压电主轴回转误差难以精密测量与分离的问题,提出了一种主轴回转精度测量与分析的新方法。以液体静压电主轴为测量对象,设计一套以电容微位移传感器为基础,以VC++和Matlab为软件平台的主轴回转误差测量系统,采用自为基准原理,以机床精车后的工件代替传统的检验棒进行直接测量,利用频域三点误差分离法,对主轴回转误差和圆度误差进行测量与分析。实验表明该系统能对高精密主轴回转误差进行测量,在转速(0⁶00)r/min范围内,该主轴的回转误差为0.28μm。     

基于三点法的主轴回转精度实验分析

应用三点法的测量系统,对气浮主轴的回转精度进行测量。该测量系统主要由纳米级圆度的标准球、多通道双灵敏度电容位移传感器组成。通过搭建实验平台,建立误差分离模型,对三点法测量气浮主轴回转精度进行分析,利用误差分离算法对实验得到的数据进行处理,然后利用MATLAB对测得的原始数据进行仿真,得到气浮主轴在不同转速下的回转精度。分析出不同因素对回转误差影响的趋势并进行归纳,为气浮主轴回转精度的控制和在线监测提供了理论依据。     

单向模拟加载状态下车床主轴回转精度的测试

本文提出了用径向加载器,在模拟径向切削力的条件下测量车床主轴回转精度的方法。得到了在精加工、半精加工范围内,车床主轴承载情况下主轴回转精度与转速与径向载荷的关系曲线。并且作了模拟加载与实际切削的对比试验。结果证明,在模拟加载条件下得到的测试结果,在一定程度上反映了实际切削时的主轴回转精度。本文还着重分析了几个典型的误差分量。实验证明:1.随转速的增加,主轴回转误差变化的趋势是明显的上升。2.切削力的变化对不同频率的误差分量的影响是不同的。但对回转误差总的幅值影响较小。3.主轴组件的振动状态和主轴前轴承的状态是影响主轴回转精度的主要因素。     

单向模拟加载状态下车床主轴回转精度的测试

本文提出了用径向加载器,在模拟径向切削力的条件下测量车床主轴回转精度的方法。得到了在精加工、半精加工范围内,车床主轴承载情况下主轴回转精度与转速与径向载荷的关系曲线。并且作了模拟加载与实际切削的对比试验。结果证明,在模拟加载条件下得到的测试结果,在一定程度上反映了实际切削时的主轴回转精度。本文还着重分析了几个典型的误差分量。实验证明:1.随转速的增加,主轴回转误差变化的趋势是明显的上升。2.切削力的变化对不同频率的误差分量的影响是不同的。但对回转误差总的幅值影响较小。3.主轴组件的振动状态和主轴前轴承的状态是影响主轴回转精度的主要因素。     

基于热弹性理论与温度场积分中值定理的电主轴热误差研究

电主轴热误差的精确建模较困难,且大多数仅关注轴向热误差而忽略径向热误差。因此,提出了基于热弹性理论与温度场积分中值定理的热误差建模方法。用热弹性理论建立了电主轴轴承温度—热变形模型,将积分中值定理运用在轴向热误差建模中,得到了关键点温度—轴向热变形的线性模型,仅需一个传感器测量关键点温度就可得到主轴末端伸长量。分析电主轴径向和轴向误差机理,得到耦合热误差模型。设计了利用球杆仪快速测量电主轴热误差的新方法,将误差理论建模数据与实际测量数据作对比,验证了其可行性,并将热误差模型导入自主开发的外挂式误差补偿器中,实验表明加工孔径热误差降低了73.5%左右,证明该方法合理、有效。     

数控机床高速主轴温升与热变形实验研究

电主轴温升引起的热变形是影响数控机床加工精度的重要原因之一。为了研究高速电主轴热变形变化规律,搭建了高速电主轴温升与热变形测试实验平台,采用主轴动态误差分析仪同时测量150MD24Z7.5型电主轴在X、Y、Z轴方向的热变形量及不同位置的温升变化。结果表明,主轴轴向(Z向)的热变形量最大,在转速为4000r/min、6000r/min、8000r/min、10000r/min条件下,主轴的轴向热变形分别达到73.1、79.3、74.5、75.1;且主轴轴端温升趋势与轴向热变形趋势一致。论文的实验结果,为主轴热变形实现智能预测及主动控制提供了准确的数据支撑。