[发明专利]机床主轴热误差、圆度误差与回转误差的分离与处理方法

说明书

技术领域

本发明属于数控机床加工误差处理领域，具体涉及一种机床主轴热误差、圆度误差与回转误差的分离与处理方法。

背景技术

主轴作为精密加工中心、高精度旋转电机、大型汽轮发电机等超精密装备或大型基础装备的关键部件，其性能的好坏直接影响机床加工精度、稳定性和应用范围。其中主轴的径向测量误差包含了热误差、圆度误差及回转误差三项误差。

如发明专利(201410223092.X)公开了一种可分离安装偏心的主轴回转误差测量方法与装置，该方法是基于三点法原理得到主轴圆度误差除一阶谐波以外的其它分量，再根据所提供的算法进行二次分离，将安装偏心从回转误差中分离出来，得到主轴的纯回转运动误差值。发明专利(201410340992.2)公开了一种主轴回转误差测试分析系统，该方法是激光位移传感器获取位移信号，利用三点法误差分离技术对采集信号进行分离，分离出圆度误差和回转误差。

以上专利仅仅分离出了主轴径向的圆度误差和回转误差，未分离出主轴径向热误差。又如专利(201210219768.9)公开了一种机床主轴热误差的测试系统及测试方法，其在机床主轴箱上布置多个温度传感器并在机床主轴端部和径向布置多个位移传感器，将采集的温度和位移信号拟合成多条曲线，选取温度值与热误差值最具线性关系的曲线确定最佳测温点，采用最佳测温点的数据建立线性函数，从而分离出热误差。

但是，上述文献中均未对主轴径向测量误差中包含的热误差、圆度误差及回转误差三项误差进行同时分离，对此本发明提出了一种机床主轴热误差、圆度误差与回转误差的分离与处理方法。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种机床主轴热误差、圆度误差与回转误差的分离与处理方法，操作方便，误差分离精度高。

技术方案：一种机床主轴热误差、圆度误差与回转误差的分离与处理方法，四个温度传感器、四个电涡流传感器均匀分布，实现机床主轴温度及位移信号的采集；在某一转速下，设定传感器的采样时间，将获取的位移信号周期截断后作差分处理，得到主轴径向的热位移，再根据温度信号可建立主轴径向热误差的模型，最终分离出热误差δ₁、δ₂、δ₃、δ₄；

具体包括如下步骤：

(1)在主轴径向上，四个温度传感器、四个电涡流传感器沿圆周均匀分布，机床主轴工作在某一转速时，设定传感器的采样时间，实现机床主轴温度及径向位移信号的采集；

(2)对主轴径向位移信号等周期截断后作差分处理，得到主轴径向的热位移误差，运用最小二乘方法建立热误差模型，从径向位移误差中分离出热误差；

(3)对四个电涡流传感器采集到的主轴径向位移信号加权求和构造函数关系式，通过离散傅里叶变换分离出主轴的圆度误差；

(4)将测得的数据减去圆度误差与热误差，分离出主轴的回转误差。

作为优化：运用四点误差分离，O为四个电涡流传感器S₁、S₂、S₃、S₄的交点，建立以O为原点、X轴与传感器S₁轴线重合的x-y坐标系，被测件轮廓曲线以极坐标表示，极点O’为被测面的最小二乘圆心，旋转轴逆时针转动，某时刻O’的极坐标与X轴夹角为θ，α、β、γ分为电涡流传感器S₂、S₃、S₄与S₁的夹角；

电涡流传感器采集的数据A(θ)、B(θ)、C(θ)、D(θ)中包含圆度误差、回转误差和热误差，所以有下列方程：

化简为：

式中：S(θ)为圆度误差，R_x(θ)、R_y(θ)为回转误差在x、y方向的分量，δ₁、δ₂、δ₃、δ₄为热误差。

作为优化：所述步骤(2)中热误差的分离，具体如下：

在某一转速下，设定传感器的采样时间，将获取的位移信号等周期截断后作差分处理，得到主轴径向的热位移，再根据温度信号可建立主轴径向热误差的模型，最终分离出热误差。