加工中心主轴回转精度试验

加工中心主轴回转精度试验

赵彦鹏，王林，廖广宇，韩玉稳，董应明

云南省机械研究设计院 /云南省机电一体化应用技术重点实验室，云南 昆明 650031

摘要：作为精密机床使用的加工中心。主轴回转运动误差主要由轴向窜动、径向跳动和角度摆动三种形式分别对加工精度造成影响。对加工中心主轴回转精度进行测量，介绍测量的方法，后期数据处理并进行误差分析。

关键词：主轴回转精度；三点法；数据处理；误差分析

现代制造业的飞速发展，产品的制造精度要求越来越高，对于工业母机的机床的要求也更加高。特别是作为精密机床使用的加工中心。主轴回转运动误差主要由轴向窜动、径向跳动和角度摆动三种形式分别对加工精度造成影响。主轴回转精度的检测是机床设计、制造、调整和维修的重要环节，是提高机床加工精度的重要措施。

1、机床主轴回转精度的概念

主轴回转误差是指主轴各瞬间的实际回转轴线相对其平均回转轴线的变动量。产生主轴径向回转误差的主要原因有：主轴几段轴颈的同轴度误差、轴承本身的各种误差、轴承之间的同轴度误差、主轴绕度等。因为机床的主轴传递着主要的加工运动，故其回转误差将在很大的程度上决定工件的加工质量。

2、加工中心主轴回转精度试验

2.1试验内容及目的

被测对象为TGK4663A加工中心主轴，采用动态测量法通常是选用一种测量传感器，利用传感器测得的位移信号进行分析处理。

图一 机加工中心主轴

2.2试验参考依据

GB/T17421.7 《机床检验通则 第七部分;回转轴线的几何精度》

2.3测量装置及示意图

图2测量装置及示意图

测试系统采用美国API公司的 SPN-500主轴动态测量分析仪。在主轴径向布置2个电容传感器，在主轴轴向布置1各电容传感器，实现主轴径向回转误差的， 忽略了标准球的形状误差，并通过滤除基波消除偏心误差。

利用 SPN-500主轴动态测量分析仪中的 3 个传感器组成如图2所示的传感器布置方式， 直接在测量球采样。

2.4仪器配置原理图

图3 回转误差测量仪器框图

2.5试验条件

（1）试验的机床为按相关国家、行业等标准检验合格的产品；

（2） 试验前让主轴以中速（3000r/min）空运转30min；

（3）试验前校正测量棒，在安装传感器位置处，使测量棒的径向跳动小于15μm；

（4）试验时，传感器距主轴前定位端盘距离为180mm；

（5）试验时，X轴、Y轴、Z轴及B轴不做进给运动。

2.6数据分析

主轴回转误差实测值

图4 主轴轴向平均误差—转速图

图5 主轴径向误差（峰-峰值）—转速图

图6主轴20r/min.正转时回转误差图 图7主轴800r/min.正转时回转误差图

图8 主轴2000r/min.正转时回转误差图 图9 主轴3200r/min.正转时回转误差图

图10 主轴4000r/min.正转时回转误差图 图10 主轴4000r/min.正转时回转误差图

2.7 结果分析

主轴最大轴向平均误差为0.009mm，主轴最大径向误差（峰-峰值）为0.007mm，主轴制造质量和轴承质量较好。

3.结束语

本试验介绍了某加工中心主轴回转精度的试验方法，普通机床也可用同样的试验方法。通过机床主轴的回转精度试验，了解掌握主轴的动态特性，优化改进设计机床主轴，提供机床的动态性能。

参考文献：

[1] 姚俊 王平 主轴回转精度测量方法 [J] 主轴绝对与机床 2011年第12期 177-180

[2] GB/T17421.7-2016《机床检验通则 第七部分：回转轴线的几何精度》 北京：中国标准出版社出版 2016.5；

[3]沈阳机床 主轴动态回转误差测试及分析 CAD/CAM与制造业信息化 2013年第03期

作者简介：赵彦鹏，1988.2，男，云南昆明，大学本科，工程师，云南省机械研究设计院，主要研究方向“加工中心主轴回转精度”。

必须挂基金项目

基金项目：云南省科技厅科技计划项目(青年项目)：加工中心主轴回转精度研究（项目编号：2018FD145）。