[实用新型]一种可分离安装偏心的主轴回转误差测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种精密仪器制造测量装置，尤其涉及一种可分离安装偏心的主轴回转误差测量装置。

背景技术

高精度主轴、空气轴承是精密加工机床、精密离心机、磁盘驱动器、高精密旋转电机和汽轮机等精密装备的关键部件，在影响精密机械加工精度的众多因素(例如：加工热误差、结构误差、动力传动链误差、主轴回转误差等)中，对零件加工误差有最直接影响的是主轴回转运动误差，其精度是制约精密机械加工、高精度旋转的关键。随着机床的加工精度达到亚微米甚至纳米量级，主轴回转误差引起的零件加工误差成为制约精密机械加工精度的主要影响因素。相关试验表明精密车削加工的零件圆度误差约有30％～70％是由车床的主轴回转误差引起的，而且机床的精度越高，其主轴回转运动误差在各种加工误差源中所占的比例越大。

在目前的主轴回转误差测量原理及技术手段不能从根本上改变的情况下，由于无法直接对理想的轴心进行测量，而必须通过对标准球、标准轴或者主轴外轮廓的测量来间接测得主轴的回转运动误差大小，这样就不可避免会混入标准球、标准轴本身或者主轴外轮廓的形状误差、表面波纹度、表面粗糙度以及标准球、标准轴的安装偏心等误差源。因此，主轴回转运动误差测量技术的关键在于误差分离。当测量精度进入亚微米甚至纳米量级时，混入到测量数据中的圆度误差、表面粗糙度以及安装偏心等就会凸显出来，甚至会掩盖掉主轴微小的回转运动误差。因此必须采取有效的方法，将回转运动误差从测量结果中准确分离出来。传统的主轴运动回转误差测量方法如采用千分表测量主轴的径向跳动，测量精度很低，不能将主轴的圆度误差从回转运动误差中分离出去。

目前，主轴回转运动误差测量方法主要有反转法、多步法以及多测头法。相关研究表明虽然三种方法各有优缺点，但只要合理设计参数，三种方法都能达到纳米级测量精度。然而，反转法和多步法主要用来对零件的圆度误差进行检测，不能在线、实时测量轴系的回转运动误差。多点法根据安装传感器的数目主要有两点法、三点法、四点法等，自从1966年日本学者Ozono首次提出经典频域三点法圆度误差分离技术后，该技术已成为目前最广泛使用的误差分离技术之一。其优点是可以在线实时监测轴系的回转运动误差。

基于三点法的圆度误差和主轴回转误差测量技术中，如何减小误差分离的谐波抑制、减小测量误差传递是提高误差分离精度的关键。目前公知的基于三点法误差分离技术的主轴回转运动误差测量方法主要有基于频域和时域两种。由于一阶谐抑制，导致主轴回转误差测量结果中含有标准球安装偏心、三个传感器轴线交点与回转中心不重合而引入的偏心误差。针对这一问题，中国专利一种改进型三点法回转误差、圆度误差计算方法(专利申请公开号：CN103363921A，作者牛宝良、张荣)提出一种基于三点法的圆度误差和回转误差分离方法，其主要特点是利用三个传感器输出信号的平移和加权平均，并利用频域滤波，将形状误差的一阶谐波分量从圆度误差和回转误差中分离出去。此外，西安理工大学雷贤卿在其博士论文(基于误差分离的圆柱度精密测量技术研究,西安理工大学博士论文,2007)中采用一种时域算法将圆度误差、主轴回转误差以及安装偏心进行分离。这些方法深化和发展了误差分离技术，但仍存在运算复杂等不足。而且，基于三点法的圆度误差和主轴回转误差测量中，如何选择采样点数以及如何避免三个位移传感器性能差异引入的误差是亚微米甚至纳米量级高精度测量应该考虑的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种可分离安装偏心的主轴回转误差测量装置。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

本实用新型所述可分离安装偏心的主轴回转误差测量装置，包括位移传感器安装夹持器、位移传感器、光栅编码器、信号电缆、数据采集器、数据处理器和计算机，所述位移传感器安装于所述位移传感器安装夹持器上，所述位移传感器安装夹持器安装于靠近主轴外圆周处，所述位移传感器夹持器与主轴外轮廓之间设有空隙，所述光栅编码器安装于主轴轴套上，所述光栅编码器和所述位移传感器均通过所述信号电缆与所述数据处理器连接，所述数据处理器与所述计算机连接。

具体地，所述数据处理器由数据采集器和信号调理器组成；所述位移传感器安装夹持器为能够同时安装一个或三个位移传感器的位移传感器安装夹持器。

本实用新型的有益效果在于：