回转精度分析与测试方法

加工中心主轴回转精度试验发布时间：2021-08-10T09:24:06.030Z 来源：《中国电气工程学报》2021年第六卷3期作者：赵彦鹏，王林，廖广宇，韩玉稳，董应明[导读] 作为精密机床使用的加工中心。

主轴回转运动误差主要由轴向窜动、径向跳动和角度摆动三种形式分别对加工精度造成影响。

赵彦鹏，王林，廖广宇，韩玉稳，董应明云南省机械研究设计院/云南省机电一体化应用技术重点实验室，云南昆明 650031摘要：作为精密机床使用的加工中心。

主轴回转运动误差主要由轴向窜动、径向跳动和角度摆动三种形式分别对加工精度造成影响。

对加工中心主轴回转精度进行测量，介绍测量的方法，后期数据处理并进行误差分析。

关键词：主轴回转精度；三点法；数据处理；误差分析现代制造业的飞速发展，产品的制造精度要求越来越高，对于工业母机的机床的要求也更加高。

特别是作为精密机床使用的加工中心。

主轴回转运动误差主要由轴向窜动、径向跳动和角度摆动三种形式分别对加工精度造成影响。

主轴回转精度的检测是机床设计、制造、调整和维修的重要环节，是提高机床加工精度的重要措施。

1、机床主轴回转精度的概念主轴回转误差是指主轴各瞬间的实际回转轴线相对其平均回转轴线的变动量。

产生主轴径向回转误差的主要原因有：主轴几段轴颈的同轴度误差、轴承本身的各种误差、轴承之间的同轴度误差、主轴绕度等。

因为机床的主轴传递着主要的加工运动，故其回转误差将在很大的程度上决定工件的加工质量。

2、加工中心主轴回转精度试验2.1试验内容及目的被测对象为TGK4663A加工中心主轴，采用动态测量法通常是选用一种测量传感器，利用传感器测得的位移信号进行分析处理。

2.2试验参考依据GB/T17421.7 《机床检验通则第七部分;回转轴线的几何精度》2.3测量装置及示意图2.5试验条件（1）试验的机床为按相关国家、行业等标准检验合格的产品；（2）试验前让主轴以中速（3000r/min）空运转30min；（3）试验前校正测量棒，在安装传感器位置处，使测量棒的径向跳动小于15μm；（4）试验时，传感器距主轴前定位端盘距离为180mm；（5）试验时，X轴、Y轴、Z轴及B轴不做进给运动。

简要叙述机床回转轴回转精度检测的实验方案如何检测机床主轴回转的精度【按】由于机床回转误差可能会造成主轴传动系统的几何误差、传动轴偏心、惯性力变形、热变形等误差，也包括许多随机误差，所有机床主轴回转精度的检测，便成了评价机床动态性能的一项重要指标。

通过径向跳动量和轴向窜动量测试实验可以有效的满足对回转精度测量的要求。

检测机床主轴回转精度的方法有打表测量、单向测量、双向测量等几种。

一、机床主轴回转精度测量的理论与方法机床主轴回转精度是衡量机械系统性能的重要指标，是影响机床工作精度的主要因素。

机床主轴回转误差的测量技术对精密机械设备的发展有着重要作用。

机床主轴的回转误差包括径向误差和轴向误差。

轴向回转误差的测量相对比较简单，只需在机床主轴端面安装微位移传感器，进行一维位移量的测量即可。

因此机床主轴回转误差测量技术的研究焦点一直集中在径向误差的精确测量上。

（参阅数控机床主轴轴承的温度控制与其工作原理阐述）1）打表测量方法早期机床主轴回转精度不太高时，测量机床主轴误差的常用方法是将精密芯棒插入机床主轴锥孔，通过在芯棒的表面及端面放置千分表来进行测量。

这种测量方法简单易行，但却会引入锥孔的偏心误差，不能把性质不同的误差区分开，而且不能反映主轴在工作转速下的回转误差，更不能应用于高速、高精度的主轴回转精度测量。

除此之外也有采用测量试件来评定主轴的回转误差。

2）单向测量方法单向测量法又称为单传感器测量法。

由传感器拾得“敏感方向”的误差号，经测微仪放大、处理后，送入记录仪，以待进一步数据处理。

然后以主轴回转角作为自变量，将采集的位移量按主轴回转角度展开叠加到基圆上，形成圆图像。

误差运动的敏感方向是通过加工或测试的瞬时接触点并平行于工件理想加工的表面的法线方向，非敏感方向在垂直于第三方向的直线上。

单向测量法测量的主轴回转误差运动实质上只是一维主轴回转误差运动在敏感方向的分量。

因此单向测量法只适用于具有敏感方向的主轴回转精度的测量，例如工件回转型机床。

机床主轴测试实验报告1. 引言机床主轴作为机床的核心组成部分，对于加工精度和效率具有重要影响。

为了保证机床主轴的质量和性能，进行测试是必要的。

本实验旨在通过一系列测试，评估机床主轴在不同工况下的性能指标，为机床的使用者提供参考。

2. 实验目的1. 测试机床主轴的回转精度；2. 测试机床主轴的径向跳动和轴向跳动；3. 测试机床主轴的最大转速；4. 测试机床主轴的稳定性和平稳性。

3. 实验装置和方法3.1 实验装置本实验使用的主要装置有：- 机床主轴测试仪：用于测试主轴的转动精度和跳动情况；- 主轴转速计：用于测量主轴的转速；- 高精度测量工具：包括示波器、千分尺等。

3.2 实验方法1. 回转精度测试：通过在主轴上安装测量标尺，利用示波器测量标尺的波形，评估主轴的回转精度。

2. 跳动测试：使用示波器和千分尺测量主轴的径向和轴向跳动情况。

3. 最大转速测试：利用主轴转速计，逐渐增加主轴转速，记录并测量主轴的最大转速。

4. 稳定性和平稳性测试：连续运行主轴一定时间，在不同转速下观察主轴的稳定性和平稳性。

4. 实验结果与分析4.1 回转精度测试结果经过测试，得到主轴的回转精度为0.005 mm。

根据要求，机床主轴的回转精度应在0.01 mm以内，因此主轴的回转精度在合理范围内。

4.2 跳动测试结果径向跳动测试结果显示，主轴的径向跳动在0.02 mm以内，轴向跳动在0.01 mm以内。

根据标准，机床主轴的径向跳动和轴向跳动应在0.03 mm以内，因此主轴的跳动情况符合要求。

4.3 最大转速测试结果经过测试，主轴的最大转速为8000 rpm。

根据要求，机床主轴的最大转速应在6000 rpm以上，因此主轴的最大转速符合要求。

4.4 稳定性和平稳性测试结果在连续运行主轴2小时的实验中，主轴的转速保持稳定，无明显波动。

在不同转速下，主轴的转速变化不超过2%，达到了平稳运行的要求。

5. 结论通过本次实验，得到了以下结论：1. 机床主轴的回转精度、跳动情况、最大转速以及稳定性和平稳性都符合要求；2. 主轴的回转精度为0.005 mm，径向跳动和轴向跳动均在0.03 mm以内；3. 主轴的最大转速为8000 rpm，稳定性测试显示转速变化不超过2%。

回转精度的测试原理和方法回转精度那可太重要啦！就好比钟表的指针，要是不准，时间就乱套了。

那回转精度咋测试呢？首先，得有专门的测试设备吧。

把要测试的东西装上去，让它转起来。

然后通过各种传感器啥的，测量它的偏差。

这就像你开车看导航，要是导航不准，你不得走冤枉路嘛！
测试的时候可得注意安全。

万一设备飞出来咋办？那可不得了！所以一定要固定好。

稳定性也很关键啊，要是转着转着晃悠起来，那还咋测准确？这就跟你站在摇晃的船上拍照一样，能拍好才怪呢！
回转精度的测试在很多领域都有用啊。

比如机械加工，要是精度不行，零件能合格吗？还有航空航天，那要求更高啦！这优势不就很明显嘛，能保证产品质量，提高效率。

不然做出来一堆废品，那不得哭死！
给你说个实际案例哈。

有个工厂生产齿轮，一开始回转精度不行，产品老是出问题。

后来经过测试调整，哇，质量一下子就上去了。

这效果，杠杠的！
所以说，回转精度的测试真的很重要啊！一定要重视起来，不然吃亏的可是自己。

五轴机床回转轴精度检测摘要：与三轴机床相比，五轴机床能加工复杂曲面，具有加工效率高、装夹方便等优点。

然而，五轴机床的结构更复杂，两个回转轴会引入额外的几何误差，从而极大地影响了机床精度。

关键词：五轴机床；误差；检测五轴数控机床是现代制造技术的关键设备，用于加工高精度、复杂的曲面零件，其精度和技术水平在一定程度上决定了当前的工业水准。

五轴数控机床以其加工精度高、可靠性高、柔性好等优点，在航空航天、航海、医疗设备、军事等先进现代制造领域取得了巨大成就，得到了广大用户的认可，为制造企业的进一步研究做好了铺垫。

一、五轴数控机床发展概况五轴加工中心是一种专门用于加工机翼、叶轮、叶片、重型发电机转子等具有复杂空间曲面零件的高科技含量、高精密度的现代数控加工中心。

其优点为：①能加工一般三轴联动机床不能加工或无法一次装夹加工完成的自由曲面，节省装夹次数和时间。

②可提髙空间曲面加工精度、效率、质量。

一直以来，国内五轴数控机床相对于国外整体水平还较低，主要原因在于机床关键功能还未实现自主研发，与国外同类产品相比，国产机床稳定性、精度等指标较差，同时，在高精度技术含量精密机床方面，国外对我国实行技术封闭和进口限制，目前国内市场上的五轴机床仍以进口机床为主。

但国家十分重视机床行业的发展，2009年初启动了“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项，重点支持高档数控机床、基础制造装备、数控系统、功能部件、工具、关键部件、共性技术等方面的研发，且在各高校及相关企业的共同努力下，我国五轴数控机床技术也得到了飞速发展，已逐渐形成为较成熟的产品。

国内著名的五轴数控机床生产厂家有沈机集团、大连机床厂、济南二机床、昆明机床厂、普什宁江机床厂等。

随着经济的发展和国防建设的需要，用户对设备需求正向柔性、生产效率、功能多样和高性能等个性化需求方向转移，由此也促进了数控机床向高速高效化、模块化、高精度和复合加工等方向发展，对带动和提升我国机床工业水平具有重要战略意义。

转台的回转中心测量方法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述转台的回转中心是一种重要的参数，它用于描述转台的旋转轴的准确位置。

在许多工程领域，如机械制造、材料测试和航天工程等，准确测量转台的回转中心是非常关键的。

这是因为准确的回转中心测量可以确保设备在测试或生产过程中的稳定性和精确性。

然而，传统的回转中心测量方法存在一些局限性和挑战。

传统方法通常依赖于复杂的实验装置和仪器，需要大量的人力和时间来完成测量过程。

此外，由于实验条件的限制，有时很难获得准确和可重复的结果。

为了克服传统方法的不足，我们提出了一种新的回转中心测量方法。

这种方法基于先进的观测技术和数据处理算法，能够更精确地确定转台的回转中心位置。

通过利用高精度的传感器和先进的图像处理技术，我们可以实时监测和记录转台的运动轨迹，并利用数学模型对数据进行分析和处理。

我们的新方法具有许多优点。

首先，它可以大大缩短测量时间，提高测量效率。

其次，它减少了实验装置和仪器的复杂性，降低了测量成本。

此外，我们的方法能够提供更准确和可靠的测量结果，从而提高了测试和生产过程的稳定性和产品质量。

本文将详细介绍传统的回转中心测量方法的原理和局限性，并详细描述我们提出的新的回转中心测量方法的步骤和算法。

通过比较传统方法和新方法的特点和优势，我们将阐明新方法在测量转台回转中心方面的潜在应用和前景。

最后，我们总结并讨论了这项研究的潜在局限性和未来发展方向。

通过本文的研究和讨论，我们希望能够为转台回转中心的测量提供新的思路和方法，为相关工程领域的技术发展和应用提供有力支持。

1.2 文章结构文章结构本文主要分为引言、正文和结论三个部分。

引言部分主要从概述、文章结构和目的三个方面介绍了本文的研究背景和研究目的。

正文部分包括两个小节：转台的回转中心定义和重要性以及传统的回转中心测量方法。

在第一小节中，将对转台的回转中心进行定义，并重点强调了回转中心的重要性。

在第二小节中，将介绍一些传统的回转中心测量方法，分析其优缺点和适用范围。

一、概述数控机床回转轴回转运动的位置精度是工件或刀具位置基准、运动基准的关键影响因素, 因此也决定着机床的几何精度和工作精度. 而回转轴回转运动的位置精度主要用其转动定位精度和重复定位精度来评价, 传统上主要使用电子测微计, 准直仪等工具来检测, 电子测微计分辨率为0. l~ 0. 01 lm,需要与其它传感器共同组成测量系统, 准直仪精度虽可达0. 01 s, 但测量量程很小, 且二者相对于激光干涉仪( 分辨率为0. 001 lm) 都存在精度低, 受环境温度影响大, 检验重复性差等缺点, 难以反映受检机床的真正精度. 在国际标准中激光干涉仪是唯一公认的进行数控机床精度检定的仪器。

二、测量原理利用SJ6000激光干涉仪的角度测量附件，结合高精密零级多齿分度台，便可以对回转轴进行校准。

高精度零级多齿分度台可以旋转并锁定到0°到360°中72个位置中的任何一个，每个位置的间隔为5°，定位误差在1″。

用激光头、角度干涉镜和角度反射镜测量转台的角度位置。

软件将转台的角度位置与来自激光头和角度光学镜的读数合并在一起，显示被校准轴的真实转角位置。

三、测量方法1.SJ6000基准回转分度器常用术语A面：由分度器马达驱动的那一面，也是安装角度反射镜的面。

B面：永久地固定在分度器壳体上的那一面，也是安装被测量回转轴的面。

基准位置：当分度器圆柱体上的红点与A面上的红点对准且分度器处于锁定状态时，即分度器处于基准位置。

锁定与解除状态时：当分度气圆柱体与A面之间没有间隙时，分度器被锁定，即软件采集数据状态；当分度器从锁定状态切换到解除锁定状态时，A面与分度器主体脱离，A面向上移动约2.5mm，随着被测量回转轴的转动，A面通过分度器的Hirth轴，以每5°为一节反向回转到被测量回转轴所转动的基准位置。

以确保激光光束能够返回到激光头探测孔里面。

2.测量采用SJ6000回转轴精度测量软件以及相配套的基准回转分度器，把角度反射镜安装在基准回转分度器顶板（A面）上，再将基准回转分度器安装在被测量回转轴上，角度折射镜安装在机床比较合适的位置上（尽可能靠近基准回转分度器），然后调试激光干涉仪与角度折射镜和角度反射镜之间的光路准直，并确保基准回转分度器，在锁定与解除锁定状态下以及两个终端目标位置之间切换时，光路强度信号在测量范围之内。

实验主轴回转精度的测定一、 概述随着机械制造业的发展，对零件的加工精度要求越来越高，由此对机床精度要求也越来越高。

作为机床核心——主轴部件的回转误差运动，直接影响机床的加工精度，它是反映机床动态性能的主要指标之一，在《金属切削机床样机试验规范》中已列为机床性能试验的一个项目。

多年来，国内外一直在广泛开展对主轴回转误差运动测量方法的研究，并取得一定的成果。

研究主轴误差运动的目的，一是找出误差产生的原因，另一是找出误差对加工质量影响的大小。

为此，不仅对主轴回转误差运动要能够进行定性分析，而且还要能够给出误差的具体数值。

过去流行的测试与数据处理方法，是传统的捷克VUOSO双向测量法和美国LRL单向测量法。

前者适用于测试刀具回转型主轴径向误差运动,后者适用于测试工件回转型主轴径向误差运动。

两种方法都是在机床空载或模拟加工的条件下，通过对基准球(环)的测量，在示波器屏幕上显示出主轴回转而产生的圆图象。

将圆图象拍摄下来便可用圆度样板读取主轴径向误差运动数值。

这种测试方法虽然能够在试验现场显示图形，直观性强，便于监视机床的安装调试，但也存在一些不足，如基准钢球的形状误差会复映进去，不能反映切削受载状态,存在一定的原理误差等。

所以测量精度难以提高，实际应用受到一定限制。

经过多年的研究，目前主轴误差运动主轴误差运动的测试与数据处理方法有了很大的改进，引入频镨分析理论和FFT变换技术，通过用计算机来进行测量数据处理，使整个测量过程更方便、数据处理更科学、测量结果更正确。

二、 实验目的1．了解机床主轴回转误差运动的表现形式、定义、评判原则、产生原因及对机床加工精度的影响。

2．懂得主轴回转误差的测量方法及实验原理。

三、 主轴径向误差运动的测试原理及方法1．主轴回转误差运动主轴回转时，在某一瞬时，旋转的线速度为零的端点联线为主轴在该瞬时的回转中心线。

理想情况下，主铀回转中心线的空间位置，相对于某一固定参考系统应该是不随时间变化的。

高速主轴回转误差动态测试与分析靳岚;燕昭阳;谢黎明;苟卫东;施东兴【摘要】It applies two-way method to design a testing system to do the dynamic testing of spindle's rotational error. The system consists of one high precision of standard rod, two non-contact displacement sensors and one LMS TEST. LAB of collector. It expounds the principle of the testing of rotational errors, for the eccentric proposition of standard rod in testing of spindle, and proposes an effective solution, and takes an experimental study.%应用双向法设计测试系统,对主轴的回转误差进行动态测试.该系统由高精度标准棒、非接触位移传感器和LMS TEST,LAB采集器组成.阐述了回转误差的测试原理,针对机床主轴测试中标准棒的安装偏心问题,提出了有效解决方法,并进行了实验研究.【期刊名称】《制造技术与机床》【年(卷),期】2012(000)004【总页数】3页(P93-95)【关键词】回转误差;偏心;最小二乘法;高速主轴【作者】靳岚;燕昭阳;谢黎明;苟卫东;施东兴【作者单位】兰州理工大学机电工程学院,甘肃兰州 730050;兰州理工大学机电工程学院,甘肃兰州 730050;兰州理工大学机电工程学院,甘肃兰州 730050;青海一机数控机床有限责任公司,青海西宁 810018;兰州理工大学机电工程学院,甘肃兰州 730050【正文语种】中文【中图分类】TH161随着高速、高精密机床的发展，在机械加工过程中，高速主轴的回转误差已经成为影响工件加工精度的关键因素，它直接影响到被加工零件的几何形状精度和表面粗糙度［1］。

主轴动态回转精度测试介绍一、前言数控机床主轴组件的精度包含以下两个方面：1.几何精度-主轴组件的几何精度，是指装配后，在无负载低速转动(用手转动或低速机械转速)的条件下，主轴轴线和主轴前端安装工件或刀具部位的径向和轴向跳动，以及主轴对某参考系统(如刀架或工作台的纵、横移动方向)的位置精度，如平行度和垂直度等；2.回转精度-指的是主轴在以正常工作转速做回转运动时，轴线位置的变化。

二、主轴回转精度的定义主轴在作转动运动时，在同一瞬间，主轴上线速度为零的点的联机，称为主轴在该瞬间的回转中心线，在理想状况下，主轴在每一瞬间的回转中心线的空间位置，相对于某一固定的参考系统(例如：刀架、主轴箱体或数控机床的工作台面)来说，应该是固定不变的。

但实际上，由于主轴的轴颈支承在轴承上，轴承又安装在主轴箱体孔内，主轴上还有齿轮或其它传动件，由于轴颈的不圆、轴承的缺陷、支承端面对轴颈中心线的不垂直，主轴的挠曲和数控机床结构的共振等原因，主轴回转中心线的空间位置，在每一瞬时都是变动的。

把回转主轴的这些瞬间回转中心线的平均空间位置定义为主轴的理想回转中心线，而且与固定的参考坐标系统联系在一起。

这样，主轴瞬间回转中心线的空间位置相对于理想中心线的空间位置的偏离就是回转主轴在该瞬间的误差运动。

这些瞬间误差运动的轨迹，就是回转主轴误差运动的轨迹。

主轴误差运动的范围，就是所谓的「主轴回转精度」。

由此可见，主轴的回转精度，说明回转主轴中心线空间位置的稳定性特点。

三、主轴回转精度量测3.1 主轴回转误差运动的测量与研究目的对主轴回转误差运动的测量和研究有两方面的目的：(1).从设计、制造的角度出发，希望通过测量研究找出设计、制造因素与主轴误差运动的关系，及如何根据误差运动的特点，评定主轴系统的设计和制造质量，同时找出产生误差运动的主要原因，以便做进一步改善。

(2).从使用的角度出发，希望找出主轴运动与加工精度和表面粗糙度的关系，及如何根据误差运动的特点，预测出数控机床在理想条件下所能加工出的工件几何与表面粗糙度，给选用数控机床及设计数控机床提出依据。