负载条件下机床主轴动态精度测量方法研究

摘要

主轴回转精度是影响工件加工精度的重要因素。目前对主轴回转精度的研究大多都是停留在空转状态下的，而对于负载条件下主轴回转精度测量方法的研究还是处于起步阶段。但只有负载条件下测量的主轴回转精度才能真实反映主轴的加工性能以及预测工件的加工精度。为此，本文分析了负载条件下主轴回转误差测量难点，并对负载条件下主轴回转精度测量方法进行研究设计。 本文针对负载条件下主轴回转精度测量尚未解决的难点，以及主轴回转精度测量中的一些基本问题和主轴动态回转精度的评价指标进行研究，设计出一种新的测量方法。将接触式加速度传感器安装在主轴外部机壳，测量得到机壳拾振点的加速度信号。建立拾振点与主轴之间的振动传递模型，基于Hertz理论与最小二乘法计算出模型中轴承的刚度；基于虎克定律借用ANSYS软件计算出模型中基座的刚度。基于该模型，通过拾振点信号即可得到主轴振动信号。通过170XDS20Z11型电主轴测试实验和仿真验证了模型的正确性。 通过原理分析和仿真研究对时频域积分方法进行了误差分析，并利用去趋势项的方法分离出时域积分的累积误差，利用带通滤波的方法分离出频域积分低频放大误差。在JS2D170C-12/15xj型电主轴上进行三种转速下的实验，对两种积分方法误差分离后的积分精度进行评估，得出频域积分方法精确度较高，精度保持性也更稳定。通过积分得到主轴径向回转轨迹和轴向振动轨迹，借鉴四种圆度评定方法求得评定坐标圆心，从而得到主轴径向回转误差值，通过时频域转换根据轴向动态回转精度定义滤波得到主轴轴向回转误差值。 利用Matlab软件设计用户界面，按照用户界面设计准则，设计出一款主轴回转精度测量界面将主轴理论算法部分进行封装打包。为了检验本文提出的测量主轴回转精度方法，与发展较为成熟的美国雄狮回转精度测试仪在μ2000/5ss-800H机床进行对比测试，得到本文提出的方法在跳动值大于2μm是精度良好，可投入实际使用。最后利用本文提出的测量方法，通过实际切削加工中，研究和分析主轴转速和切深对主轴回转精度的影响。

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