车床主轴回转误差测量
主轴动态回转误差测试及分析
主轴动态回转误差测试及分析作者：沈阳机床来源：《CAD/CAM与制造业信息化》2013年第03期本文探讨了关于数控机床主轴动态回转误差的测试及分析问题，首先简要介绍了回转误差的组成、产生的原因及对加工精度的影响等，然后深入研究了回转误差的计算和分析，并编制了分析程序，提供了具体的分析实例。
一、引言机床主轴回转轴误差运动是指在回转过程中回转轴线偏离理想轴线位置而出现的附加运动，是评价机床动态性能的一项重要指标，是影响机床工作精度的主要因素。
回转轴误差运动的测量和控制，是各种精密设备及大型、高速、重载设备的重要技术问题之一。
通过对回转轴误差运动的测定，可以了解回转轴的运动状态和判断产生误差运动的原因。
机床主轴回转误差的测量方法有打表测量、单向测量和双向测量等。
造成机床回转误差的原因有主轴传动系统的几何误差、传动轴偏心、惯性力变形和热变形等误差，也包括许多随机误差。
通过径向跳动量和轴向窜动量测试实验可以有效满足对回转精度测量的要求。
二、回转误差的运动组成机床主轴的回转误差可以分为三种基本形式：①与回转轴线平行的轴向位移（纯轴向窜动）；②与回转轴线平行的径向位移（纯径向跳动）；③倾斜（纯角度摆动）。
如图1所示。
一般情况下，这三种基本形式的误差是同时存在的，产生的加工误差也是三种形式误差影响的叠加。
径向误差的大小取决于测量头的轴向位置，轴向误差的大小取决于测量头在测量平面上的径向位置。
因此必须说明评定时选择的轴向和径向位置。
三、回转误差产生的原因机床主轴回转误差产生的原因是多种多样的，各种原因对机床主轴运动的影响也不尽相同。
一方面有机床主轴传动系统的几何误差、转动轴系质量偏心产生的误差、所受惯性力变形产生的误差及设备热变形产生的误差等系统性（确定性）误差。
如机床主轴轴系中的轴套、机床主轴轴颈及滚动体的形状误差，特别是滚动件有尺寸误差时，机床主轴将产生有规律的位移。
另一方面，机床主轴回转误差产生的原因还有许多随机误差，如工艺系统的振颤对机床主轴回转的影响等。
简要叙述机床回转轴回转精度检测的实验方案
简要叙述机床回转轴回转精度检测的实验方案如何检测机床主轴回转的精度【按】由于机床回转误差可能会造成主轴传动系统的几何误差、传动轴偏心、惯性力变形、热变形等误差，也包括许多随机误差，所有机床主轴回转精度的检测，便成了评价机床动态性能的一项重要指标。
通过径向跳动量和轴向窜动量测试实验可以有效的满足对回转精度测量的要求。
检测机床主轴回转精度的方法有打表测量、单向测量、双向测量等几种。
一、机床主轴回转精度测量的理论与方法机床主轴回转精度是衡量机械系统性能的重要指标，是影响机床工作精度的主要因素。
机床主轴回转误差的测量技术对精密机械设备的发展有着重要作用。
机床主轴的回转误差包括径向误差和轴向误差。
轴向回转误差的测量相对比较简单，只需在机床主轴端面安装微位移传感器，进行一维位移量的测量即可。
因此机床主轴回转误差测量技术的研究焦点一直集中在径向误差的精确测量上。
（参阅数控机床主轴轴承的温度控制与其工作原理阐述）1）打表测量方法早期机床主轴回转精度不太高时，测量机床主轴误差的常用方法是将精密芯棒插入机床主轴锥孔，通过在芯棒的表面及端面放置千分表来进行测量。
这种测量方法简单易行，但却会引入锥孔的偏心误差，不能把性质不同的误差区分开，而且不能反映主轴在工作转速下的回转误差，更不能应用于高速、高精度的主轴回转精度测量。
除此之外也有采用测量试件来评定主轴的回转误差。
2）单向测量方法单向测量法又称为单传感器测量法。
由传感器拾得“敏感方向”的误差号，经测微仪放大、处理后，送入记录仪，以待进一步数据处理。
然后以主轴回转角作为自变量，将采集的位移量按主轴回转角度展开叠加到基圆上，形成圆图像。
误差运动的敏感方向是通过加工或测试的瞬时接触点并平行于工件理想加工的表面的法线方向，非敏感方向在垂直于第三方向的直线上。
单向测量法测量的主轴回转误差运动实质上只是一维主轴回转误差运动在敏感方向的分量。
因此单向测量法只适用于具有敏感方向的主轴回转精度的测量，例如工件回转型机床。
探讨机床主轴回转生产误差测试
探讨机床主轴回转生产误差测试1 概述在机械生产的过程中，对于机床方面的加工技术中会出现多种的问题，其中包含有加工设计中出现的误差。
错误可以避免，但是误差是无法避免的，可以做到的是将误差的值调整到接近正常值的范围之内。
在机床生产中，主轴的回转方面的误差就是一项需要改进的项目。
主轴回转误差发生后，会对机械的零件加工形状和质量造成一定的影响，直接影响到机械零件表面的平滑程度。
其中主轴回转所产生的误差如下图所示：图1 主轴回转误差立体示意图主轴回转生产误差是在机床主轴运行过程中，在一瞬间回转轴线与平行轴线之间发生的水平方向和竖直方向出现的位移差，也就是通常情况下所说的误差。
其中水平轴线是在主轴运动瞬间运动趋势所得到的位移数据后，经过加权得到的平均位置。
主轴回转生产误差主要有三种具体的形式：单一水平轴向跳动、单一竖直轴向跳动和单一偏角转动。
在这三种形式当中，前两者被统一称作主轴轴向回转误差，这两者出现的误差会在机械零件加工中直接对原件后期生产造成一定的影响。
在出现主轴轴向回转误差时，纠正处理起来相对来说较为简单。
只要在主轴的端处安装有位移传感器，在机床运行过程中，主轴发生偏移就可以在传感器中现实出来，技术人员就可以根据位移误差值对机械进行调整。
同时对于机床主轴的回转生产误差值进行测试，寻找最为合适的生产模型。
下面就测试的相关技术进行研究。
2 误差分离测试技术误差分离技术是通过信息源变换或模型参数估计的方式使有用的信号分量与误差分量相分离的—种测量技术。
测量过程是：通过测量方法和测量装置的适当设计，改变误差分量与有用信号间的组合关系，并从信息源（误差分量与有用信号相混迭的信息源）的不同位置拾取信号，再根据在不同位置处拾取的信号间的联系，建立起误差分量与有用信号间的确定的函数关系，最后经相应的运算处理，使误差得以分离。
测量过程的结构模型，如下图所示：图2 误差分离技术结构模型用位移传感器进行主轴回转误差测量时，由于实际的主轴回转轴心是不可见的，不能直接对其测量，而只能通过对装在主轴上的标准件（标准球或标准棒）或主轴外围轮廓的测量来间接测得主轴轴心运动。
04第四讲主轴回转误差
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例题分析
在车床上加工圆盘件的端面时，有时会出现圆锥面（中凸或 中凹）或端面凸轮似的形状（如螺旋面），试从机床几何误 差的影响分析造成如图所示端面几何形状误差的原因是什径向圆跳动的方位，使误差相互补 偿或抵消，以减少轴承误差对主轴回转精度的影响。
32 提高主轴回转精度的措施
２）对滚动轴承预紧 对滚动轴承适当预紧以消除间隙，甚至产生微量
过盈，由于轴承内外圈和滚动体弹性变形的相互制 约，既增加了轴承刚度，又对轴承内外圈滚道和滚 动体的误差起均化作用，因而可提高主轴的回转精 度。
对工件回转类机床，滚动轴承内圈滚道圆度对主轴回转 精度影响较大。
对刀具回转内机床，外圈滚道对主轴精度影响较大。
24 影响主轴回转精度的主要因素
滚动轴承的内外圈滚道如有波度，则不管是工件回转类 机床还是刀具回转类机床，主轴回转时都将产生高频径 向圆跳动。
滚动轴承滚动体的尺寸误差会引起主轴回转的径向圆跳 动。
3 机床主轴回转误差的基本概念
机床主轴是用来装夹工件或刀具并传递主要切削运动的 重要零件。
机床主轴的回转精度是机床精度的一项重要指标，主要 影响加工表面的几何形状精度、位置精度和表面粗糙度。
主轴回转时，其回转轴线的空间位置应该固定不变，即 回转轴线没有任何运动。
4 机床主轴回转误差的基本概念
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影响主轴回转精度的主要因素
19 影响主轴回转精度的主要因素
车、磨类（工件回转）： 切削力的方向大体上是不变的，主轴在切削力的
作用下，主轴颈以不同部位和轴承内孔的某一固定 部位相接触。
因此，影响主轴回转精度的，主要是主轴轴颈的 圆度和波度，而轴承孔的形状误差影响较小。
浅谈零件跳动误差的测量
浅谈零件跳动误差的测量作者：王春红来源：《职业（上半月刊）》 2020年第6期文 /王春红机械加工离不开金属切削机床，其中机床主轴用于安装刀具或工件，它是刀具或工件的相对位置基础和运动基础，机床主轴径向跳动误差是直接影响被加工零件加工精度及表面粗糙度的一个非常重要的因素。
同样，轴颈是发动机的重要零件之一，曲轴的径向跳动过大，会直接影响发动机的主机性能，加剧轴颈的磨损，致使轴瓦损坏，影响其使用寿命。
根据使用要求，规定高精度的位置精度（通常用径向圆跳动表示）为0.001～0.005mm，而一般精度位置的精度为0.01～0.03mm，所以对进行跳动误差的检测是检验轴性能的一个重要手段。
跳动公差是指当被测量绕基准轴线回转一周（同时保证零件与测量仪器间无轴向移动）时或连续回转时监测得到的极限跳动量之差，跳动公差根据被测量的回转情况分为圆跳动公差和全跳动公差。
当被测量绕基准轴线只回转一周时，观察得到的为圆跳动公差；当被测量绕基准轴线连续回转时，观察得到的为全跳动公差。
根据被测量的几何特征和测量方向的不同，圆跳动公差又有径向、端面和斜向圆跳动公差之分。
跳动公差是以检测的方法不同定出公差项目的，具有综合控制形状和位置误差的作用，且检测操作简便，在生产中使用广泛。
一、圆跳动的检测（一）测量端面圆跳动端面圆跳动的被测量一般为回转类零件的左右端面或阶台轴类零件的台阶面，该测量面要求与基准轴线垂直，测量的方向要求与给定基准轴线平行。
该跳动形成的公差带是在与给定基准轴线同轴且间距等于公差值t的两等直径圆之间的区域。
一般被测量的是该零件的端面，基准要素是中心轴线，因此当零件绕基准轴线做轴向固定回转时，在与基准同轴的任一直径的圆柱截面上，轴向的跳动量均不得大于公差值t。
测量时，根据零件的被测端面大小可以将零件固定在偏摆仪上，也可以用带压板的V型铁固定零件，或者用长导向套筒支撑并轴向固定，将指示表安装在表架上，使指示表测杆与轴线平行，缓慢移动表架，使测杆和被测端面接触良好，并预压0.4mm。
五轴机床回转轴精度检测
五轴机床回转轴精度检测摘要：与三轴机床相比，五轴机床能加工复杂曲面，具有加工效率高、装夹方便等优点。
然而，五轴机床的结构更复杂，两个回转轴会引入额外的几何误差，从而极大地影响了机床精度。
关键词：五轴机床；误差；检测五轴数控机床是现代制造技术的关键设备，用于加工高精度、复杂的曲面零件，其精度和技术水平在一定程度上决定了当前的工业水准。
五轴数控机床以其加工精度高、可靠性高、柔性好等优点，在航空航天、航海、医疗设备、军事等先进现代制造领域取得了巨大成就，得到了广大用户的认可，为制造企业的进一步研究做好了铺垫。
一、五轴数控机床发展概况五轴加工中心是一种专门用于加工机翼、叶轮、叶片、重型发电机转子等具有复杂空间曲面零件的高科技含量、高精密度的现代数控加工中心。
其优点为：①能加工一般三轴联动机床不能加工或无法一次装夹加工完成的自由曲面，节省装夹次数和时间。
②可提髙空间曲面加工精度、效率、质量。
一直以来，国内五轴数控机床相对于国外整体水平还较低，主要原因在于机床关键功能还未实现自主研发，与国外同类产品相比，国产机床稳定性、精度等指标较差，同时，在高精度技术含量精密机床方面，国外对我国实行技术封闭和进口限制，目前国内市场上的五轴机床仍以进口机床为主。
但国家十分重视机床行业的发展，2009年初启动了“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项，重点支持高档数控机床、基础制造装备、数控系统、功能部件、工具、关键部件、共性技术等方面的研发，且在各高校及相关企业的共同努力下，我国五轴数控机床技术也得到了飞速发展，已逐渐形成为较成熟的产品。
国内著名的五轴数控机床生产厂家有沈机集团、大连机床厂、济南二机床、昆明机床厂、普什宁江机床厂等。
随着经济的发展和国防建设的需要，用户对设备需求正向柔性、生产效率、功能多样和高性能等个性化需求方向转移，由此也促进了数控机床向高速高效化、模块化、高精度和复合加工等方向发展，对带动和提升我国机床工业水平具有重要战略意义。
机床主轴回转误差测试系统的研究
机 床 主 轴 回 转误 差 测 试 系 统 的研 究
徐 秀玲① 姜 军② 王红 亮③
（ ①沈阳工程学院， 辽宁 沈阳 １０ ３ ； ９军防空旅装备部 ，１１０ （ 沈阳机床， １１６ ＠３ １６０ ； 辽宁 沈阳 １０４ ） １１１
１９ （ ）３ ３ ９ ８ ２ ：４— ７
线， 它是透光的， 该刻线也相 当于一个坐标系 ， 称之为 第一作 者： 志 高， １５ 骆 男，９ ３年 生， 工学博 士、 教
测 量法 、 向动态测 量法 和三点 测量 法 ， 双
２ 测试 系统硬 件原 理 设 计
测 量 系统 由光源 、 镜 、 电 电位 器 、 透 光 微机 等 部分
这几 种传 统 的主轴 回转 误 差测 试 法 ， 常 是 以标 通
准球 的外 圆表面作 为测 试 表 面 ， 以获 取轴 心 的运 动轨 迹或采 用误 差分离 法对 主轴 回转误 差进行 评定 。这几 种方法 虽然 简单 、 容易实 现 ， 测量 得到 的误差 信号 中 但 不可避 免 的会 包含 与 主轴实 际 回转 误差 不相关 的误差
组成（ １ 。测量原理如下 ： 十” 图 ） 带“ 字形刻线 的光学 元 件 ３ 如 图 ２ 所 示 ） 在主 轴前端 ， 整机 构 ２能使 （ ａ 装 调 元件 ３的平 面与 主轴 轴 线垂 直 ， 件 ３随 主轴 一 同转 元 动 。元件 ３上 的“ ” 形 刻线 相 当 于一个 坐 标 系 ， 十 字 称
定 测试 系统 的误差 测试 方法及 误差评 定方 法 。并通过 优 化 寻点 的方式 找 出主轴 回转 截 面上 回转 中心 点的运
动轨迹 ， 用最 小外 接 圆 的评 定方 法 对 本 系统 所 测 主轴 回转误 差进 行评定 。
主轴回转误差测量技术及其仪器调研报告
主轴回转误差测量技术及其仪器调研报告主轴的性能对产品质量的影响至关重要。
当认识了主轴的性能，就可以预测和控制零件的加工精度；工件的位置精度、粗糙度和表面光洁度都与主轴性能有关。
因此，工况下测量主轴的性能是很必要的，只有测量主轴回转才能从更深层面上来控制加工质量，进而加深对机床的了解。
通过测试可以优化主轴转速，通过温升曲线可获知机床的预热时间，通过冲击试验前后数据的对比分析，可检查主轴的损坏程度。
我公司此方面存在的问题目前公司机床主轴装配上只能依赖师傅经验，无法动态测试主轴回转轴心轨迹，亦无法知道机床主轴在磨削受力、温度变化的动态特性。
为提高机床产品精度，为机床主轴加工生产装配提供理论依据，此项试验研究急需开展！一、国内现状1、仪器方面目前国内仪器研制方面主要停留在软件开发方面，数据处理硬件亦无成熟稳定产品，并且需要自行配套传感器及装夹夹具和标准钢球。
主要厂家有：● 北京派莱博测头直径：测头工作面有效直径3mm测量范围：40微米～140微米（间隙）线形度：±0.05% 0.1%分辨能力：1纳米带宽： DC 500HzDC 3kHz2、应用方面国内做主轴轴心轨心测试的主要停留在高校实验室和一些研究所，还有一些飞机制造等精密主轴回转使用。
一方面夹具是自行设计，软件自行开发，另一方面是进口国外成熟的仪器。
二、国外1、仪器方面● Micro-Epsilon（德国） S601-0.2测量范围：200微米线形度：±0.2% 0.4%分辨率：8纳米带宽：6kHz（-3dB）● Lion Precision(美国) CPL290测量范围为100微米时线形度：±0.3%F.S. 0.6%分辨率：0.004% F.S.100微米X0.004%=4纳米带宽：10kHz（5%） 15kHz（3dB）● MTI Instruments(美国) AS9000分辨率：纳米级线性度：0.2%带宽：500Hz（标准）2、应用方面外国精密机床已把主轴回转误差测量作为机床精度检测必选项图为精密车床主轴回转精度检查（白色线为位移传感器，车头主轴端面装有标准钢球）三、美国LION主轴误差测量仪详细技术资料主要功能：可采集跟踪主轴瞬时转速变化、轴心轨迹、轴向位移，热变形配置：电涡流传感器及配套夹具、标准钢球及相关配套夹具、操作控制箱、处理软件。