CN110125724B - 一种轴心轨迹测试及圆度误差分离测量的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种轴心轨迹测试及圆度误差分离测量的系统，采用一个或者两个以上传感器，可测试对应位置的轴心轨迹，然后采用高速轴心轨迹与低速轴心轨迹相位对应相减的方式，实现圆度误差分离，同时利用测试的结果开展故障监测与报警。本发明简化了测试装置，减少因安装多个传感器而带来的误差，降低了测试成本，提高了工程应用的可行性，同时提出了轴芯轨迹测试数据的处理方法以及主轴失效预测的方式。
Description
技术领域
本发明涉及回转误差、圆度误差测量技术领域，具体涉及一种轴心轨迹及圆度误差测量方法。
背景技术
主轴的轨迹误差是衡量主轴动态性能的关键指标，直接影响机床的加工运动和加工工件的表面质量。对主轴进行轴心轨迹测试可有效的降低加工工件的形状误差和表面粗糙度，同时可以判断机床运行状态、对主轴的失效进行预测。因为目前的测量方法轴心轨迹误差和圆度误差是叠加在一起的，因此得到准确的轴心轨迹误差需要分离出圆度误差。
机床主轴的回转精度直接影响加工零件的几何形貌误差和表面粗糙度，为了保证机床的加工精度，需要准确地测量主轴的回转误差。另一方面，圆柱类零件(如轴承、轴)的圆度误差会影响机器的运行性能，为了确保机器的运行性能，需要精确地测量圆柱类零件的圆度误差。
在回转误差的测量中，需要圆柱形检棒(或测试球)作为测量基准；在圆度误差测量过程中，需要精密的回转轴作为测量基准。由此可见，不论测试回转误差或测试圆度误差，传感器所测得的信号总是回转误差和圆度误差的叠加，因此，为获得准确的最终测量结果，需要将回转误差和圆度误差分离开。
目前，常用的回转误差、圆度误差分离方法包含翻转法、多步测量法、多点测量法，其中，三点测量法由于可在线测量而被广泛应用。但是，传统三点法的测量精度常常受到“谐波抑制”问题的制约，“谐波抑制”一方面是指传递矩阵为零的谐波，此类谐波的傅里叶系数无法求解；另一方面是指传递矩阵较小的谐波，此时，很小的硬件误差就会引起极大的测量误差。
中国专利201511021695.2公开了一种用于回转误差、圆度误差测量的改进三点法，用于减小“谐波抑制”，提高三点法测量准确性。但该方法(包括201310149053.5)都是依靠三个精确安装的传感器来保证的，实施起来工艺复杂，成本高，可行性差。
发明内容
本发明要解决的技术问题克服了现有技术的不足，提供一种轴心轨迹及圆度误差测量方法。
具体地说，为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种轴心轨迹及圆度误差测量方法，在需要测量的圆柱形主轴的圆周上加工出微小的凹槽，在凹槽外侧对应位置设置第一传感器，同时在第一传感器的轴向位置对应设置第二传感器，第一传感器通过检测记录凹槽位置，记录主轴转动一周的时间周期，先让主轴低速空载旋转，第二传感器测量得到主轴转动一周的时间周期内圆度误差变化值S1，再让主轴高速正常旋转，第二传感器测量得到主轴转动一周的时间周期内圆度及轴心轨迹误差变化值S2，最后用S2和S1在相同的对应角度下相减，即可得到主轴的实际轴心轨迹变化量S。
进一步的，凹槽为多个，在同一圆周上布置。
进一步的，第一传感器为多个，在同一圆周上并行布置。
进一步的，第二传感器与第一传感器数量相等，位置轴向对应。
进一步的，第一传感器和第二传感器为电涡流传感器。
进一步的，第一传感器和第二传感器为电容传感器。
进一步的，第一传感器和第二传感器为电感传感器。
进一步的，第一传感器和第二传感器为激光传感器。
进一步的，一种轴心轨迹测试及圆度误差分离测量的系统，采用上述的一种轴心轨迹及圆度误差测量方法。
本发明的有益效果如下：
1、简化了主轴轴心轨迹及圆度误差分离方法的测试方法，提高了工程应用的可行性。
2、可对电主轴轴心轨迹进行实时监测，提高主轴的加工精度同时实现主轴的失效预测。
附图说明
图1为本发明电主轴主视图。
图2为本发明电主轴横切面凹槽示意图。
图3为图1中A处局部放大图。
图4为本发明低速空载测试主轴圆度误差随角度变化波形图。
图5为本发明轴心轨迹变化量计算示意图。
图中标号：1-主轴、2-轴承压盖、3-前端盖、4-角接触球轴承组、5-轴套；6-第一传感器；7-第二传感器；8-凹槽。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，一种轴心轨迹测试及圆度误差分离测量的系统，将被测量的主轴1水平放置，将轴承压盖2、前端盖3、角接触球轴承组4、轴套5依次套装在主轴1外部，保证主轴1可自由转动。其中轴承压盖2相应位置上设有传感器。
如图2所示，在需要测量的圆柱形主轴1的圆周上加工出一个或者多个微小的大小不等的凹槽8，在每个凹槽8对应径向位置布置一个第一传感器6，用于标定检测初始位置，记录主轴1转动一周的时间周期。如设置有多个第一传感器6，则可以通过求平均周期的方式提高测量精度。
如图3所示，在第一传感器6的轴向位置设置第二传感器7，第二传感器7与第一传感器6数量相等，位置轴向对应。
如图4所示，首先让主轴空载低速旋转，此时主轴1基本无其它外力作用，第一传感器6检测凹槽位置的信号，当检测到第1次信号突变时，第二传感器7开始测量记录圆度误差变化值，此时第二传感器7测量的是主轴1的圆度误差，当检测到第2次信号突变时，为一个时间周期，第二传感器7将此周期内的圆度误差变化值存储为S1。
如图5所示，再让主轴1高速运转，同上，第一传感器6检测凹槽位置的信号，当检测到第1次信号突变时，第二传感器7开始测量记录圆度及轴心轨迹误差变化值，此时第二传感器7测量的是主轴1的圆度和轴心轨迹误差变化值，当检测到第2次信号突变时，为一个时间周期，此时第二传感器7将此周期内的圆度和轴心轨迹误差变化值存储为S2，然后将实际位移变化量S2与转轴圆度误差S1在相同对应角度下相减，即可得到转轴的实际轴心轨迹变化量S，采用该方式即可实现主轴的轴芯轨迹测试以及圆度误差分离，得出主轴1准确的运动状态。
第一传感器6和第二传感器7设置在轴承压盖2上，可以为电涡流传感器，也可以为电容传感器、电感传感器、激光传感器或者其他类型的传感器。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。
Claims (9)
1.一种轴心轨迹及圆度误差测量方法，其特征在于：在需要测量的圆柱形主轴(1)的圆周上加工出微小的凹槽，在凹槽外侧对应位置设置第一传感器(6)，在第一传感器(6)的轴向位置对应设置第二传感器(7)，第一传感器(6)通过检测记录凹槽位置，记录主轴(1)转动一周的时间周期，先让主轴(1)低速空载旋转，第二传感器(7)测量得到主轴(1)转动一周的时间周期内圆度误差变化值S1，再让主轴(1)高速正常旋转，第二传感器(7)测量得到主轴(1)转动一周的时间周期内圆度及轴心轨迹误差变化值S2，最后用S2和S1在相同的对应角度下相减，即可得到主轴(1)的实际轴心轨迹变化量S。
2.根据权利要求1所述的一种轴心轨迹及圆度误差测量方法，其特征在于：所述凹槽为多个，在同一圆周上布置。
3.根据权利要求2所述的一种轴心轨迹及圆度误差测量方法，其特征在于：所述第一传感器(6)为多个，在同一圆周上并行布置。
4.根据权利要求3所述的一种轴心轨迹及圆度误差测量方法，其特征在于：所述第二传感器(7)与第一传感器(6)数量相等，位置轴向对应。
5.根据权利要求4所述的一种轴心轨迹及圆度误差测量方法，其特征在于：所述第一传感器(6)和第二传感器(7)均为电涡流传感器。
6.根据权利要求4所述的一种轴心轨迹及圆度误差测量方法，其特征在于：所述第一传感器(6)和第二传感器(7)均为电容传感器。
7.根据权利要求4所述的一种轴心轨迹及圆度误差测量方法，其特征在于：所述第一传感器(6)和第二传感器(7)均为电感传感器。
8.根据权利要求4所述的一种轴心轨迹及圆度误差测量方法，其特征在于：所述第一传感器(6)和第二传感器(7)均为激光传感器。
9.一种轴心轨迹测试及圆度误差分离测量的系统，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述的一种轴心轨迹及圆度误差测量方法。
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