[发明专利]一种主轴回转误差的四点动态测量与分离方法

说明书

一种主轴回转误差的四点动态测量与分离方法，先对传感器支架进行定位，并高精度位移传感器进行系统标定；将四支传感器分别两两对置安装在传感器支架上，运行被测试部件，按照被测试部件的转速计算采样频率f和单圈采样点以及采样时长；通过位移传感器获取被测部件的回转位置信息，对所获取的位移量采样信号通过误差分离公式进行计算与分析，分别获得被回转轴的回转误差与截面圆度误差；对圆度误差与回转误差进行量化评价，获取被测部件在回转运行中的动态回转误差与被测截面轮廓的形状误差；本发明可以降低热变形引起的轴截面误差的变化量，同时利用动态分离方程可以将同量级的圆度误差与回转误差进行分离，准确获取主轴回转误差。

技术领域

本发明属于主轴检测技术领域，具体涉及一种主轴回转误差的四点动态测量与分离方法。

背景技术

机床核心部件的精度在很大程度上决定了机床整体的加工质量，而作为核心部件中最重要的一环，主轴系统的回转误差是影响机床加工精度的主要因素之一。主轴回转误差对于评价主轴回转精度、检测主轴运行故障、预测机床加工工件表面形状误差、以及加工误差补偿等以提高机床加工精度为目的的技术来说具有重要意义。实际中由于主轴加工、装配误差及回转过程中动、静力的作用,其主轴回转轴线总是相对于其理想轴线不断变化。传统的测量方法由于忽略了主轴或者测头标准球的形状误差,获得的测量结果并不准确。同时，还会引入测量中心的偏离误差，从而极大的影响测量结果的精确性。

主轴回转误差测量的实质是将被测截面圆度误差与回转误差进行准确分离，也即误差分离技术。三点法误差分离技术是目前应用最多的误差分离方法，它通过在主轴的同一被测截面上按360度分布一定角度的位移传感器安装位置，利用三个位移传感器采集数据,然后通过误差分离方程分离出主轴的圆度误差与回转误差。其本质是从三个位移传感器测得的信号中分离并除去主轴或者标准测头的被测截面轮廓误差对主轴回转误差测量结果的影响。

然而，三点法误差分离技术中传感器安装角度与被测信号的谐波分量具有直接的关系，角度分量往往以调制形式与被测信号相乘。这样导致在信号的频率分离中，往往促使角度分量的幅值会抑制被测信号的谐波分量。因此，传感器的安装角度对动态信号的分离的准确性会产生一定的影响。另外，对于三点法误差分离技术中传感器安装角度的选择首先要保持互质性原则，但这种原则也对传感器安装角度提出了更高的要求。另外，当传感器间的安装角度不具备最小公约数时，主轴转速和采样频率在实时计算单圈采样量是存在较大的采样误差。由于误差分离结果对传感器安装角度误差的敏感，已给实际测量产生很多困难。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种主轴回转误差的四点动态测量与分离方法，可以降低热变形引起的轴截面误差的变化量，同时利用动态分离方程可以将同量级的圆度误差与回转误差进行分离，准确获取主轴回转误差。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种主轴回转误差的四点动态测量与分离方法，包括以下步骤：

1)对传感器支架进行定位，并对高精度位移传感器进行系统标定；

2)将四支传感器分别两两对置安装在传感器支架上，动态回转误差测量过程中，主轴以角速度为ω的恒定转速运行，测量截面的半径表示r(t)，取时间作为函数的自变量，回转中心的运动轨迹为f(t)，f(t)＝x(t)+jy(t)，其中x(t),y(t)为回转误差中心的瞬态坐标偏移量；运行主轴，按照主轴的转速计算采样频率f和单圈采样点以及采样时长；

3)通过4支位移传感器获取主轴的回转位置信息，对所获取的位移量采样信号通过误差分离公式进行计算与分析，分别获得主轴的回转误差与测量截面的圆度误差；

设四个传感器的输出信号为S1(t)、S2(t)、S3(t)和S4(t)，则四个传感器测点位置信号的瞬态方程为：

满足方程有解必须遵循的条件是