《制造工艺》机床主轴回转精度实验

《制造工艺》机床主轴回转精度实验

一、实验目的

1、掌握工艺装备运动精度与加工误差的关系；

2、熟悉机床主轴运动误差的表现特征、评定方法及测定技术；

3、理解主轴回转精度的测定原理和方法，了解机床主轴的回转误差对零件精度的影响。

二、实验装置

1、DB1型电容传感器2个

2、DWS型超精密振动—位移测量仪2台

3、SR2型四踪示波器1台

4、ED4710型X—Y记录仪1台

5、回转误差测试原件1个

6、CA6140车床1台

7、磁力表架2个

8、杠杆千分表1套

9、塞尺1个

三、实验原理

金属切削机床的主要功能部件是机床的主轴部件和进给运动部件。主轴部件产生切削主运动，承受可大部分切削力。因而其运动精度、刚度将直接影响到被加工零件的形状误差、尺寸误差、表面粗糙度等。机床主轴回转精度是主轴运动精度的评定参数，它是反映机床动态性能的主要指标之一，其运动精度直接制约了被加工件的形状精度。因而机床主轴回转精度的测定将直接反映了机床的工艺

精度。

图1—1 实验原理图 1.基准圆球 2.电容传感器 3.摇摆杆 4.调整螺钉 5.调整球 6.固定心轴

主轴回转精度的测试装置如图1—1所示，基准球（件1）用胶粘接在摇摆杆（件3）上，以调整球（件5）为轴节，调整螺钉（件4）与心轴（件6）固紧。然后用三爪卡盘把心轴夹紧在机床（CA6140）主轴上，把杠杆千分表安装在千分表架上，使杠杆千分表触头与基准球接触，调整螺钉，使基准球的回转轴与机床主轴的回转轴心重合。在测量中为了便于分析，基准圆球的轴心O'与主轴的回转轴心略有一偏心（一般为5~10μm）。件2为互成90°安装的两个电容式位移传感器，这种传感器为非接触式，与基准圆球间保持一定的间隙Δ。一般多用与高速回转主轴精度的测量中。主轴回转时，由于基准圆球与主轴回转轴心的偏心e 引起主轴轴心漂移，使基准圆球和两传感器之间的间隙发生微小改变，由于间隙Δ的改变而引起电容C 的改变（因∆

=πε4S C S —极板面积，Δ—间隙值）即传感器输出一信号，经放大器放大后分别输入到示波器的X 、Y 轴或输入X —Y 记录仪的X 、Y 轴。现假设基准圆球的不圆度为零，如主轴回转没有漂移，由于偏心e 的影响两传感器分别输出一正弦信号和一余弦信号。输入到示波器或记录仪上得到一个正圆，其半径值为基准圆球在主轴上的安装偏心e （通过调整螺钉可得）

如主轴回转存在轴心漂移，即有径向误差σ，则误差信号输出叠加在正圆上，如图1--2所示，这时传感器输出信号为：

)

sin(sin )cos(cos ϕωσωϕωσω++=++=t t e Y t t e X 式中：ω为主轴转速；φ为主轴回转误差矢量σ与基准圆球偏心矢量e 的夹角。

主轴回转误差值的大小可用上述曲线圆图形来确定。一般是记录下足够的曲线圆（用X —Y 记录仪在坐标纸上记录），然后用两个半径差为最小的同心圆内外包容所得图形。主轴回转误差即可用此两同心圆的半径差Δr 来衡量。

图1-2 传感器输出信号

四、实验步骤

1、将心轴用弹性夹爪夹紧在CA6140的主轴上，然后把杠杆千分表安装在千分表架上，使千分表触头与基准球接触，调整螺钉，使千分表的摆动范围在

5~10μm 内，（不考虑基准球误差），即为基准球相对于主轴回转轴心的偏值e 。

2、将电极装在传感器上，并把传感器与移动测量仪连接，接上电源对空调零，然后用磁性表架把传感器固定在机床上并调整传感器的微调，使传感器电极与基准圆球的间隙值为0.12mm （用塞尺测量），再调整位移测量仪的零点和满度值，并使其符合仪器说明书的要求。

3、接通示波器、X—Y记录仪、振动位移测量仪的电源，并打开开关预热。

4、对示波器进行标定。把两台位移测量仪的输入信号分别输入到示波器的X、Y轴，打开位移测量仪的标准信号开关，则输出一个标准信号输入到示波器，调整示波器的X、Y轴增益到一合适值。可通过位移测量仪的标准值和示波器上扫描距离求出每格所代表的位移值，这样就可通过示波器观察主轴回转径向误差情况。

5、接通机床电源，启动机床并对传感器和基准球的间隙进行适当的调整至仪器的使用要求。通过示波器或X—Y记录仪得到主轴回转误差图形。

6、改变主轴转速，观察不同转速时的图形，并用X—Y记录仪记录图形。

五、实验数据分析与处理

由于回转误差运动的随机性，每周的误差运动曲线并不重合，因而得到一组误差运动曲线。其整体称为总误差运动圆图像。对回转误差运动圆图像的数值评定，通常采用包容法，即用正好包容误差运动图像的两同心圆的半径差作为该误差运动大小的评定值。此数值与所采用的同心圆的圆心位置有关，因此在给出误差运动数值时，应该同时说明所用的圆心特征。

圆心选择与测量目的、要求有关。一般选择最小区域圆圆心进行回转误差运动圆图象的数值评定，特别是径向误差运动的数值评定。误差运动值是两同心圆间最小区域的宽度（即半径差），如图1--3所示。通常采用透明同心圆模板来试凑，试凑的要求是误差运动圆图象上至少有四个点内外相同地在两个圆周上，此时即可认为两同心圆之间的区域为最小区域。

实验结果分析：

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。采用试凑法找两个同心圆，每个圆都与圆图象有两个切点，且内外圆的切点交错排列。

以MRS为圆心，这两个包容误差运动圆图象的同心圆的半径差为主轴回转径向总误差。

该误差运动值如图1-3所示。

六、思考题

1、什么是主轴回转误差运动？什么是主轴回转精度？

2、什么是误差敏感方向？为什么只有在误差敏感方向上测量主轴回转精度才有意义？

3、怎样根据观察到的总误差运动圆图像估计加工精度？