[发明专利]一种数控机床切削工况下主轴轴心轨迹在线测量方法

摘要

一种数控机床切削工况下主轴轴心轨迹在线测量方法，在被测圆表面沿主轴周向布置三个位移传感器，切削加工前采集位移及主轴旋转角度信号，转换成转角间隔采样信号，采用三点法分离出被测圆表面的轮廓误差，提取两垂直位移传感器位移信号，计算安装偏心误差；由轮廓误差及安装偏心误差获取由被测圆表面引入的干扰信号；切削工况条件下采用插值法计算出主轴旋转角度对应的干扰信号，然后从切削工况下的位移信号中去除干扰信号，获得主轴轴心轨迹。该方法能够消除主轴速度波动对分离计算的影响，满足分离精度与回转误差快速分离的要求，实现了回转误差在线快速分离。

主权项

一种数控机床切削工况下主轴轴心轨迹在线测量方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在数控机床主轴的被测圆表面，沿数控机床主轴圆周方向安装用于测量被测表面的位移信号的第一、二、三位移传感器(S1，S2，S3)，且第一、二、三位移传感器(S1，S2，S3)的安装夹角选择原则是：在被测圆表面轮廓误差的有效阶次中，不造成除一阶谐波以外其它谐波抑制，第一、二位移传感器(S1，S2)的安装夹角为90°；2)同步采集数控机床主轴在切削加工前旋转的旋转角度信号及被测圆表面第一、二、三位移传感器的位移信号s₁(t)、s₂(t)、s₃(t)；3)将被测圆表面第一、二、三位移传感器(S1，S2，S3)的位移信号s₁(t)、s₂(t)、s₃(t)转化为对应的转角间隔采样信号且为等角度间隔的主轴旋转角度，t为时间；然后采用三点法从转角间隔采样信号中分离出被测圆表面的轮廓误差同时提取第一、二位移传感器(S1，S2)所测得的被测圆表面的位移信号，根据偏心计算方法得到数控机床主轴的被测圆表面的安装偏心误差；由被测圆表面的轮廓误差及被测圆表面的安装偏心误差获取由被测圆表面引入的干扰信号且ρ为被测圆表面的偏心半径，δ为被测圆表面的偏心角度；4)在数控机床切削工况条件下，同步采集数控机床主轴的旋转角度及第一、二位移传感器(S1，S2)所测得的位移信号，将第一、二位移传感器(S1，S2)所测得的位移信号转换为第一、二位移传感器(S1，S2)以主轴旋转角度为横坐标描述的位移信号；同时，根据切削加工前由被测圆表面引入的干扰信号以及数控机床切削工况条件下的数控机床主轴旋转角度，采用插值计算法获取数控机床切削工况下第一、二位移传感器(S1，S2)对应方向的干扰信号；5)在数控机床切削工况下，从第一位移传感器(S1)以主轴旋转角度为横坐标描述的位移信号中去除第一位移传感器(S1)对应方向的干扰信号及第一位移传感器(S1)的直流分量，得到XY坐标平面上，数控机床主轴径向回转误差在X坐标方向的分量，从第二位移传感器(S2)以主轴旋转角度为横坐标描述的位移信号中去除第二位移传感器(S2)对应方向的干扰信号及第二位移传感器(S2)的直流分量，得到XY坐标平面上，数控机床主轴径向回转误差在Y坐标方向的分量，然后在XY坐标平面上，将数控机床主轴径向回转误差在X坐标方向的分量和Y坐标方向的分量进行拟合，得到数控机床切削工况下主轴在切削工况下的轴心轨迹；其中，XY坐标平面是由安装夹角为90°的第一、二位移传感器(S1，S2)构建的。