主轴动态回转误差测试及分析.doc

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1、主轴动态回转误差测试及分析本文探讨了关于数控机床主轴动态冋转误差的测试及分析问题，首先简要介绍了回转误差的组成、产生的原因及对加工精度的影响等，然后深入研究了回转误差的计算和分析，并编制了分析程序，提供了具体的分析实例。一、引言机床主轴回转轴误差运动是指在回转过程中回转轴线偏离理想轴线位置而出现的附加运动，是评价机床动态性能的一项重要指标，是影响机床工作精度的主要因索。冋转轴误差运动的测量和控制，是各种精密设备及大型、高速、重载设备的重要技术问题之一。通过对回转轴误差运动的测定，可以了解冋转轴的运动状态和判

2、断产生误差运动的原因。机床主轴回转误差的测量方法有打表测量、单向测量和双向测量等。造成机床回转误差的原因有主轴传动系统的几何误差、传动轴偏心、惯性力变形和热变形等误差，也包括许多随机误差。通过径向跳动量和轴向窜动量测试实验可以有效满足对回转精度测量的要求。二、冋转误差的运动组成机床主轴的回转误差可以分为三种基木形式：①与回转轴线平行的轴向位移（纯轴向窜动）；②与回转轴线平行的径向位移（纯径向跳动）；③倾斜（纯角度摆动）。如图1所示。一般情况下，这三种基本形式的误差是同时存在的，产生的加工误差也是三种形式误差

3、影响的叠加。径向误差的大小取决于测量头的轴向位置，轴向误差的大小取决于测量头在测量平而上的径向位置。因此必须说明评定时选择的轴向和径向位置。三、回转误差产生的原因机床主轴回转误差产生的原因是多种多样的，各种原因対机床主轴运动的影响也不尽相同。一方面有机床主轴传动系统的几何误差、转动轴系质量偏心产生的误差、所受惯性力变形产生的误差及设备热变形产生的误差等系统性（确定性）误差。如机床主轴轴系中的轴套、机床主轴轴颈及滚动体的形状误差，特别是滚动件有尺寸误差时，机床主轴将产生有规律的位移。另一方面，机床主轴回转误差

4、产生的原因还有许多随机误差，如工艺系统的振颤对机床主轴回转的影响等。以主轴纯径向跳动为例，引起主轴纯径向跳动的主要原因是主轴轴颈和轴承的精度误差。机床上使用的轴承分为滑动轴承和滚动轴承两类，轴承的类型不同，对纯径向跳动的影响也是不同的。主轴采用滚动轴承作支承时，弓I起主轴纯径向跳动的因素除了轴承木身的精度外，还与轴承相配合件的精度有关。滚动轴承滚道的圆度误差以及滚动体的形状误差和尺寸的不一致会造成主轴的纯径向跳动。当直径较大的滚动体位于左边时，会使内圈右移,即主轴位置右移：相反，当直径较大的滚动体位于右边时

5、，会使内圈位置左移，即主轴位置左移。由于滚动体保持架的转速低于内圈的转速，因此,它所引起的纯径向跳动频率较低。滚动轴承的间隙对主轴的纯径向跳动也是有影响的。假设轴承的承载区在右边，这时内圈右移，当一个滚动体位于水平位置时，内圈的右移量比滚动体不在水平位置时要小，使主轴产生纯径向跳动，这种纯径向跳动的频率比内圈的转速要高得多。轴承内圈是薄壁零件，受力后很容易变形，主轴轴颈的圆度误差将导致内圈变形而引起主轴的纯径向跳动。同理，轴承外圈也是薄壁零件，装到箱体孔中后，箱体孔的圆度误差也将引起外圈滚道产生变形，引起主

6、轴的纯径向跳动。四、主轴回转误差对加工精度的影响由于机床主轴用于安装刀具或工件，因此它是刀具或工件的相对位置基准和运动基准。机床主轴回转精度是机床的主耍精度指标之一，直接影响着被加工零件的加工精度及表面粗糙度。机床主轴的回转误差是一项综合性的误差，是主轴在冋转过程中实际冋转轴线相对于理论冋转轴线的漂移。不同形式的主轴回转误差对加工精度的影响是不同的，同一形式的主轴回转误差对于不同加工方法的影响也是不同的。对工件进行切削加工时，主轴径向跳动误差使被加工工件的径向尺寸精度和形状精度（如圆跳动和圆柱度）明显下降，

7、但对加工工件的端面则无直接影响。主轴的轴向窜动误差使被加工工件的端而跳动量增大，使轴向尺寸精度难以控制，使得零件的加工精度降低，但主轴轴向回转误差对加工外圆和内孔的影响不大。对于铿床类机床，作用在主轴上的切削力是随镇刀的旋转而转动的，轴颈上的某一固定部位与轴承孔表面的不同部位相接触，因此轴承孔的圆度误差会引起镇床主轴的纯径向跳动，而镇床主轴轴颈形状误差对主轴回转精度的影响不大。车削时，内圈滚道的精度影响较大；在车床上进行内外圆车削，主轴径向跳动主要影响加工件的同轴度误差，对工件圆度误差的影响可以忽略不计。镇

8、削时，外圈滚道的精度影响较大。表列出了三种主轴回转误差对车削和铿削加工的影响程度。通过对主轴纯径向跳动的分析可以看出，主轴冋转误差对零件加工精度的影响很大。因此在机械加工中，应采取有效措施减少主轴回转误差对零件加工精度的影响。采取的措施可以从两个方血来考虑。首先要提高主轴的回转精度。主轴轴承是影响主轴回转精度的关键零件，对于精密机床可采用精密的滚动轴承，也可采用多油楔动压轴承和静压轴承，同时还要提高与轴承相配合零