高速主轴动态回转精度分析及试验研究

• 作 者: 罗勇
• 出 处: 南京航空航天大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 高速主轴 回转精度 误差分离 测试试验台 加载装置

高速主轴是高性能数控机床实现高效加工的核心部件,其工作性能极大地影响数控加工系统的加工效率、加工精度及加工范围。回转精度是反映高速主轴性能的一个关键参数,能实时、准确测量高速主轴工况状态下的回转误差是实现主轴回转精度调控的基础。本文以高速主轴为研究对象,对其动态回转精度进行分析与试验研究,具体研究内容包括:(1)分析了主轴回转精度测试常用方法的原理、实现方案,总结了各种方法的优劣性。讨论了圆度误差的几何特征,研究了圆度误差以及主轴回转误差的评定技术。针对主轴回转精度测试过程中分离被测主轴形状误差的难点,在对常用误差分离技术以及传统数理统计误差分离技术研究的基础上,考虑高速主轴的运转特点,提出了一种高效的、能动态地测量工况状态下高速主轴回转误差的改进型数理统计误差分离方法,并给出了具体的操作步骤以及数据处理过程。(2)为了研究高速主轴动态回转精度的影响因素对其回转精度的影响规律,验证改进型数理统计误差分离方法,研发了高速主轴动态回转精度测试试验台。试验台的高速主轴采用油气润滑,分析了油气润滑系统的基本原理,计算了油气润滑的关键参数,构建了一套油气润滑系统,实现了对高速主轴的润滑与冷却。基于各种加载方案的实现原理以及优缺点分析,结合高速主轴的受力特点,设计了手动加载、电动加载的模块化加载装置,构建了基于西门子PLC的电主轴加载控制系统,分析了PLC系统的各个组成部分,开发了控制程序,实现了高速主轴试验台的切削力加载。(3)根据改进型数理统计误差分离方法的实现要求,选择满足条件的测量硬件,构建了一套高速主轴动态回转精度测试硬件系统。基于C++图形用户界面应用程序开发框架Qt,以Qt Creator为跨平台集成开发环境,开发了高速主轴动态回转精度测试软件系统,实现了高速主轴动态回转精度的实时、准确测量。(4)研究了主轴回转误差的组成,分析了各组成部分的来源,得到了影响电主轴回转精度的主要因素。基于高速主轴测试试验台,对各个影响因素设计了试验方案并进行了试验,通过对测量结果的分析,得出了各影响因素对电主轴回转精度的影响规律,从而验证了改进型数理统计误差分离技术的正确性以及回转精度测试系统的可靠性。