数控机床主轴回转误差测量与分离技术研究

摘要

数控机床主轴是机械加工设备中的重要零部件，其回转精度决定了加工工件的形位误差。快速和高精度地测量和评定数控机床主轴的回转误差，尤其是回转误差的在线检测具有十分重要的工程意义。 为提高在线误差测量与分离的精度，本文在总结国内外误差测量与分离现状的基础上，研究了主轴回转误差测量、分离与评定方法，主要研究内容如下： （1）研究了主轴回转误差的分离方法。分析了主轴回转误差采样信号的组成，分析了三点法、多步法和反向法等三种误差分离方法的特点并加以改进，提出了两点法在线测量的回转误差分离技术。 （2）研究了圆度误差的评定方法。建立了圆度误差最小区域评定的数学模型，为提高圆度误差评定的精度和稳定性，利用基于自适应多种群遗传算法的圆度误差评定方法，改善了传统遗传算法全局搜索能力不足的问题，通过与三坐标测量机实测值对比分析，验证了圆度误差评定方法的正确性。 （3）研究了圆度误差与回转误差分离的仿真。根据圆度误差与回转误差不同特点，分别对圆度误差与回转误差的时域采样数据进行仿真，编写了在线测量两点法误差分离的程序，来实现圆度误差与回转误差的分离。通过分析分离前后圆度误差与回转误差的波形和幅值差，验证了仿真结果的正确性与误差分离数学模型的精度。 （4）设计了主轴回转误差测量方案和测量装置。针对主轴回转误差测量的精度要求，以仿真分析的结果为依据，设计了在线的测量方案和测量装置并优化了测量系统参数。通过测量主轴回转误差的时域采样信号并进行傅里叶变换，设计巴特沃斯低通数字滤波器，去除采样信号中高频成分的影响，提高了误差分离的精度。