某数控车床主轴综合误差对比测试

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 某数控车床主轴综合误差对比测试 （沈阳机床股份有限公司沈一车 床厂） 中国论文网 /8/view-12937886.htm 摘 要：本文针对主轴系统综合 误差的动态误差以及热漂移误差开展了 测试研究，针对一款改型前后的数控车 床主轴结构开展主轴系统综合误差对比 测试，通过主轴动态误差以及热漂移误 差测试的数据分析，最后得出改型前后 两款主轴结构的优缺点，为下阶段批量 试制提供了试验支撑。 关键词：数控车床；主轴动态误 差测试；主轴热漂移测试 0 引言 机床主轴在运转过程中主轴轴承、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 电机等由于摩擦而生热，尤其是高速主 轴，其温升更快、更高。研究表明，影 响高速机床加工精度的主要因素之一是 热误差，在用现代机床加工零件的制造 误差中，机床热变形所引起的制造误差 可占总误差的 50%，在精密加工中热误 差是误差的最大来源，约占机床总误差 的 40%70%1。而主轴系统的热变形 误差又是引起机床热变形误差的重要因 素。同时主轴做为数控机床的关键功能 部件，其精度直接影响机床的加工精度， 如果主轴存在误差，就会影响到机床的 工作性能和寿命、工件圆度、表面粗糙 度和平面度等，同时回转误差将导致振 动和噪声，这对精密机床来说是也是不 允许的。 国内外很多学者对主轴的动态误 差进行了深入研究。苏文宇2分析了主 轴回转误差的评价方法，开发了主轴误 差的试验平台并对回转误差进行了测试。 王建敏等3建立了单圈非重复性主轴回 转精度评价的数学模型，实现了对主轴 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 回转误差的最小区域法评价、最小外切 圆法评价和最大内切圆法评价。上海交 通大学的洪迈生4。采用差动式电容式 传感器对主轴进行回转误差测试。彭万 欢4对精密主轴回转误差测试过程中偏 心的影响和作用原理进行了深入分析， 提出一种有效的偏心消除方法。 在本文中，结合作者实际工作， 针对某数控车床的主轴进行了动态误差 和热漂移的详细测试，两个测试对象为 改型之前的旧结构主轴结构以及试制的 新结构主轴结构。通过测试将给出新旧 结构主轴结构的详细测试数据及分析。 1 主轴动态误差对比测试 目前常用的主轴回转误差测试方 法主要为千分表测试法，也就是通过手 盘的方式使主轴在低速进行旋转，同时 读取并记录千分表的数值，但这种方法 最大的问题是只能测试主轴在非常低转 速的回转误差与实际工作转速差距较大， 并且无法分离出异步误差和同步误差。 本文主轴动态误差的测试应用 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 API 主轴动态误差分析仪来完成测试， 该仪器采用的是专门设计的先进的电容 式或电感式传感器。本系统在主轴转速 为每分钟 60000 转时可得到 0.1 微米的 分辨率。该产品具有操作简单、功能强 大的特性。 试验开始前，需对测试机床进行 相应的运转热车，保证机床处于比较好 的状态。 试验中，将机床主轴转速从 100rpm 逐步增加到 2000rpm。其中，在 100rpm1000rpm 之间每次增加 100rpm，在 1000rpm2000rpm 之间， 每次增加 200rpm。 在每个转速下，测量三次，得到 数据后取平均值，以使得数据真实可靠， 避免错误数据对测试结果的干扰。 改型前后两款数控车床主轴在不 同转速下的动态误差各项测试的平均值 分别见下表 1、表 2. 基于新旧结构主轴的动态误差测 试数据，图 2-4 分别为新旧结构主轴的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 径向误差、轴向误差以及最小径向间隙 数据的对比。 从整体来看，新结构主轴结构的 径向异步误差、径向平均误差、轴向异 步误差、轴向平均误差和最小径向间隙 等各项误差指标均优于旧结构主轴结构。 新结构主轴结构的设计改进取得了成功。 2 主轴热漂移误差对比测试 试验开始前，数控车床已完全冷 却，床体温度基本和室温相当。 试验中，数控车床主轴转速始终 保持在 2000rpm，升温试验连续运行 150min。在监测主轴箱部位三个测点温 度的同时，测试主轴径向和轴向漂移情 况，最终得到主轴温升情况与热漂移之 间的关系。 新型号数控车床主轴箱部位的温 升情况如图 5 所示。 新结构主轴的径向和轴向热漂移 情况如图 6 所示。 新型号数控车床主轴箱最高温度 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 出现在箱体尾部，即后轴承部位，箱体 处温度达到了 52，温升 27，主轴 Z 向热漂移最大，为 0.052mm。 旧型号数控车床主轴箱部位的温 升情况如图 7 所示。 旧型号数控车床主轴的径向和轴 向热漂移情况如图 8 所示。 旧型号数控车床的主轴箱最高温 度也出现在箱体尾部，即后轴承部位， 箱体处温度达到了 34.5，温升 10.5， 主轴 Z 向热漂移最大，为 0.022mm。 对比新旧结构主轴结构热漂移情 况发现，新结构主轴结构温升较大，这 与其主轴箱体积减小有关。另外，新结 构主轴结构提升了机床整体刚度，致使 轴承预紧力增大，导致发热量较大，温 升较大。旧结构主轴结构主轴箱体积较 大，并且是方箱结构，散热性能好，故 温升较小； 由于新旧结构主轴结构均采用后 轴承作为主要受力轴承，后轴承预紧力 大，导致发热量大，温升大，热漂移从 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 后轴承开始，沿主轴向卡盘方向传递， 最终引起主轴 Z 向热漂移明显高于径向 热漂移。 3 结束语 本文对一款改型前后的数控车床 主轴进行了动态误