检测机床主轴回转精度的方法

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有打表测量法、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，是影响可见度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。
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应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

单向测量方法又称为单传感器测量法。由传感器拾得“敏感方向”的误差信号，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。单身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。车床就是工件回转型机床的一个典型代表。这种测量方法同样不可避免地会混入主轴或者标准球形状误差，在机床主轴回转精度不太高、混入的开关误差可以忽略时，用单向法得到的车床主轴回转精度圆图像的外缘轮廓与工件的外缘很相似，所以这样得到的圆图像能很好地用来评价车床主轴的加工精度及加工质量。
3.双向测量方法

主轴的回转误差运动是一个二维平面运动，需要至少两个传感器在机床主轴横截面内相互垂直的两个方面同时采集数据，再将两组位移数据合成才能复现主轴的实际回转误差轨迹。故称为双传感器测量法。传统的双向测量法忽略了机床主轴或者标准球的形状误差，而且还混入偏心误差，从而影响测量结果的精确性。
二、回转误差运动分析
1.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。机床主轴回转误差产生的原因，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、设备热变形产生的误差等确定性误差。如机床主轴轴系中的轴套、耐磨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。在一定时间内，机床主轴轴心位移量和位移方向不断变化，这种变化一般不是简单的正余弦周期信号，习惯上称为“漂移”。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。
2.回转误差运动组成部分

从概率和数理统计的角度分析，可将机床主轴回转误差分为系统性（确定性）误差和随机性误差两大类。

通过对机床回转误差的测量和分析，大量的测量结果显示：机床主轴回转精度中以周期性成分为主，并且主要是以1-4阶的低阶谐波为主；随机误差成分也占有一定比重，对于高精度测量不能忽视。以非常简单正弦信号的周期性成分为主，同时含有相当比重的随机成分以及噪声和复合信号称为准周期信号。广义的准周期信号包括：周期长度无规律变化的信号；没有确定重复模式（周期或幅值等）的信号

由以上分析可知，机床主轴回转误差信号是由叠加了噪声的多个准周期信号组合而成的。