文档介绍：摘要
摘要
超精密电主轴是超精密机床的关键技术之一。主轴回转误差是影响机床加工
精度的主要因素。主轴回转精度是评价机床动态性能的一项重要指标。现代高速
超精密加工机床的主轴多采用液体静压轴承主轴和气体静压轴承主轴。液体静压
轴承和气体静压轴承的应用使得主轴回转精度得到大幅提高,使其进入到亚微米
甚至纳米级别。另一方面机床自动化、智能化技术以及机床主轴回转误差预报、
补偿技术的发展,则要求我们能对高精度的主轴回转误差进行负载下的实时动态
测量。
主轴回转精度的测量不可避免会混入被测件本身的形状误差,而对于高精密
主轴回转精度的测量,混入的形状误差不能忽略,因此主轴回转精度测量技术的
研究焦点在于误差分离技术的研究。本课题以高速空气轴承主轴作为研究的对象,
在对三种主要误差分离技术深入研究的基础上,结合高速高精密主轴工作的新特
性,提出了一种简便、准确的能用于工况状态下进行回转误差实时动态测量的数
理统计法误差分离技术,建立了数理统计法误差分离技术的理论,给出了完整的
测量方法及具体的数据处理方法。
为了对数理统计法误差分离技术的有效性进行仿真验证,对其分离精度进行
仿真评价,以为开发平台,开发了一套专门的开放性主轴回转误差仿真
软件系统。在该仿真系统上,应用数理统计法误差分离技术分别对随机性和周期
性主轴回转误差进行了仿真测量研究,根据仿真测量结果观察数理统计法误差分
离技术的分离效果。另外,研究了统计转数对测量结果精度的影响规律。
根据数理统计法误差分离技术测量方法的要求,正确选择满足测量要求的组
件,搭建了一套适用于高速高精度主轴回转精度测量的硬件系统基于虚拟仪器
技术,以为开发平台,开发了一套高速主轴回转误差动态测试软件系
统。
在高速主轴回转误差动态测试系统上对广东工业大学高速加工实验室的空气
静压轴承主轴进行回转误差的测量实验研究,通过对测量数据的分析评定数理统
计法误差分离技术的有效性及测量方法的可靠性。
关键词回转误差圆度误差高速主轴误差分离动态测量
广东工业大学工学硕士学位论文
第一章绪论
第一章绪论
课题研究背景及意义
先进制造技术是加速国家经济发展、提高国家综合竞争能力的一个重要手段。
美国、日本等」业发达国家竞相进行先进制造技术的研究与应用。通过先进制造
技术可以大大提高生产效率、提高加工质量、降低工作强度、改善工作环境、缩
短市场响应时间,从而大大提升企业的市场竞争力。超高速、超稍密、超高能束、
超自动化是目前先进制造技术发展的四个主要趋势。
高速加工技术是采用超硬材料刀具、磨具和具有高速、高精度、高自动化、
高柔性的制造设备,以大幅度地提高切削速度来达到提高材料切除率、加工精度
和加工质量的现代制造加工技术【‘」。实现高速加工的核心关键技术主要有高速
切削机理,高速机床技术,高速加工用刀具技术,高速加工工艺技术,以及高速
加工测试技术等,其中高速机床则是实现高速加工的前提和基本条件。
超精密加工技术是世纪年代初期,为了适应高科技的发展,满足高精
度、高质量的零件加工要求而发展起来的。超精密加工技术是指加工精度在
,表面粗糙度在的加工技术,也称为亚微米级加工技
术。超精密加工技术已成为国际竞争中取得成功的关键技术,己成为当代机械制
造业的主要支柱之一仁,。其所能达到的精度水平是衡量的一个
重要标志。超精密加工的技术指标会随着加工技术的不断发展而提高,预计到
年将达到,即纳米级加工。超精密加工技术主要包括超精密加工机
理、超精密加工的工具和材料技术、超精密加工设备及其基础元部件、超精密测
量及误差补偿技术、超精密加工的工作环境。
由于轴承和轴颈的加工误差以及静力学和动力学等方面的原因,主轴的瞬时回
转轴线在空间的位置是不断变化的,它相对于平均轴线处于瞬时回转轴线的平均
位置处的位移定义为主轴的回转误差运动〔〕。回转误差运动是影响高速超精密机
床加工精度的一个主要因素。主轴回转误差是一个综合性的误差,它可以分为三
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种基本形式纯径向跳动、纯轴向窜动、纯角度摆动。通常情况下,这三种形式
的误差并不是单独存在,而是共同作用,由此产生的加工误差则是这三种基本误
差的叠加。主轴理想回转轴心在空间具有五个自由度第六个自由度就是主轴的
工转,分别为沿轴的平移和绕轴的转动,如图所示。为了
方便测量、处理,可将主轴轴心的误差运动简化成径向的误差运动和轴向的误差
运动。其中径向的误差运动包括沿轴的平移运动和绕轴的旋转运动
在平面内的投影轴向误差运动包括沿轴的平移运动和绕轴的旋转
运动在轴向的分量。轴向误差运动是一个一维的运