超精密车床主轴回转误差测试系统的研究

【摘要】：超精密主轴回转误差是影响加工工件表面质量的最主要因素,研究超精密主轴回转误差对于评价主轴回转精度,监测诊断主轴运行故障,预测机床加工工件表面形状误差,加工误差补偿及提高机床加工精度等有重要意义。本文将以超精密车床为研究对象,对主轴的回转误差进行研究。主轴回转误差包含主轴径向运动误差,倾角运动误差和轴向运动误差。在试验中,主轴回转误差测量数据中混有被测件的形状误差,不可忽略。所以,提取主轴回转误差的核心问题是误差分离。本文以三点法频域误差分离技术为基础,研究主轴的径向运动误差和倾角运动误差的分离。建立传感器测量值的实际模型,从其解析构成角度证明最小二乘偏心运动对主轴径向误差运动的不可分离性。给出实际测量环境下传感器安装角位置偏差和测量坐标系位置对误差分离精度的定量分析,为超精密车床主轴回转误差纳米级测量采集数据的可靠性提供理论保证。从超精密车床加工工件表面成形角度分析去除一阶谐波分量的依据。在频域中连续对信号进行除噪、滤波、提取同步运动误差和三点法误差分离。建立主轴倾角运动误差分离算法,从双截面测量数据中分离出倾角运动误差。确定针对超精密车床主轴径向运动误差和倾角运动误差的测量试验方案,搭建超精密车床主轴回转误差测试系统。进行三点法误差分离,获取主轴的径向运动误差。在径向误差分离的基础上,依据本文建立的倾角运动误差分离算法,进行倾角误差测量试验,获取主轴倾角运动误差。研究了超精密车床不同转速下,其径向运动误差和倾角运动误差的变化情况。利用最小二乘圆评价主轴回转精度和从机床加工角度分析主轴回转误差对加工工件表面成形的影响。设计超精密车床主轴回转误差测试系统上位机软件,统筹管理数据采集,数据处理,误差分离及评价。本文的研究成果主要是建立一套完整的超精密车床主轴回转误差测试系统,包括测试系统的硬件部分和软件部分。定量分析测试系统硬件部分的可靠性,保证测量数据的可信度。建立主轴倾角运动误差的分离算法和实际测量试验方案,可利用倾角误差运动计算各截面的径向运动误差。