机床主轴回转精度实验报告

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。

实验一机床主轴的回转误差运动测试随着科学技术的飞速发展,很多行业对回转轴差动误差的测量都极为重视,例如,有许多行业的设备都需要高精度的机械零件，它们的形状误差和表面粗糙程度往往要求在0.1~０.２5μm以下。

要加工出这样高精度的机械零件,需要多方面的条件来配合才能够满足要求,其中的机床主轴的回转精度是最关键的条件之一。

而测量主轴的误差运动则可以了解机床主轴的回转状态及产生误差的原因，对机床的加工而言,它可以用来预测机床的理想加工条件下所能达到的最小形状误差,并判断产生加工误差的原因。

本实验对如何正确测量机床主轴的误差运动进行一些探讨。

一、有关的基础知识1 轴误差运动理想回转轴线——回转轴运转时，其轴心线在空间的位置稳定不变,即与空间的一条直线相重合,且无轴向的相对移动,我们就称这条固定直线为理想轴线。

但实际上，回转轴组件由于各零件的加工误差及安装误差存在，它的回转轴线在空间的位置是漂移的,并非固定不变。

那么,我们就把回转过程中实际的回转轴轴心线对理想线的相对位置的相对位移定义为回转轴的误差运动。

在实际研究中,往往根据不同的研究对象和目的，可以将理想轴线有选择地和不同的元件“固接”在一起。

例如,我们研究轴承时,可以把理想轴线和轴壳“固接”，这时的误差运动是回转过程中回转轴线对轴承壳体的相对运动,反映出轴承的回转质量,如果研究的是加工设备（如机床)，对刀具回转类机床,理想轴线可以与工件“固接”；对于工件回转加工类机床,理想轴线则可与刀具“固接”;这时主轴的回转误差运动就是刀具——工件之间的相对位移,反映出来的是加工误差。

但应注意,回转误差运动是一个复杂的合成误差，它是由几个方向的误差所组成，下面来具体分析（见图1-1）：总的来讲,实际回转轴线对理想轴线AB在每一个瞬间的相对运动可以分解为三类五个运动：纯轴向运动z(t)，纯径向运动x(ｔ)和y(t)，倾角运动α（t)和β（t)。

从分解的五种运动的特点可看出，径向误差运动r（t)是由纯径向运动x(t) 、ｙ（t) 和倾角运动α（t)、β(t)合成的结果。

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%。

机床主轴回转精度实验报告姓名：学号：实验时间：课程名：制造技术基础实验室：金切实验室机械制造及其自动化2012一、实验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。

二、实验目的1.通过实验，熟悉机床主轴运动误差的表现特征、评定方法、及测定技术、产生原因及对机床加工精度的影响。

使同学加深理解工艺装备运动精度与加工误差的关系；2.理解主轴回转误差的测量数据处理技术与基本原理。

三、实验要求1.实验员演示主轴回转误差测量的全过程，讲解主轴回转精度的定义、主轴回转误差测量原理和测量仪器的操作方法；2.同学观察实验过程，记录实验数据，并学习使用MATLAB完成实验数据处理，将实验数据处理过程的计算和结果写入实验报告。

四、报告内容1.简述实验系统的组成结构与原理；2. 什么是主轴回转误差运动？造成机床主轴回转运动误差的因素可能有哪些？3.实验数据记录与处理数据采样时间固定为2ms；测量距离单位为mm；4.采用Matlab绘制极坐标误差带圆图并打印1）从采样记录文件按单周采样点数(n)截取数据；2）打开matlab，使用file->Import导入数据文件，数据将保存在data变量中；3）使用命令x=(0 : 2*pi/n : 2*pi-2*pi/n )生成极坐标刻度，并进行转置x=x’;4）使用polar（x，data）命令，绘制极坐标图。

探讨机床主轴回转生产误差测试1 概述在机械生产的过程中，对于机床方面的加工技术中会出现多种的问题，其中包含有加工设计中出现的误差。

错误可以避免，但是误差是无法避免的，可以做到的是将误差的值调整到接近正常值的范围之内。

在机床生产中，主轴的回转方面的误差就是一项需要改进的项目。

主轴回转误差发生后，会对机械的零件加工形状和质量造成一定的影响，直接影响到机械零件表面的平滑程度。

其中主轴回转所产生的误差如下图所示：图1 主轴回转误差立体示意图主轴回转生产误差是在机床主轴运行过程中，在一瞬间回转轴线与平行轴线之间发生的水平方向和竖直方向出现的位移差，也就是通常情况下所说的误差。

其中水平轴线是在主轴运动瞬间运动趋势所得到的位移数据后，经过加权得到的平均位置。

主轴回转生产误差主要有三种具体的形式：单一水平轴向跳动、单一竖直轴向跳动和单一偏角转动。

在这三种形式当中，前两者被统一称作主轴轴向回转误差，这两者出现的误差会在机械零件加工中直接对原件后期生产造成一定的影响。

在出现主轴轴向回转误差时，纠正处理起来相对来说较为简单。

只要在主轴的端处安装有位移传感器，在机床运行过程中，主轴发生偏移就可以在传感器中现实出来，技术人员就可以根据位移误差值对机械进行调整。

同时对于机床主轴的回转生产误差值进行测试，寻找最为合适的生产模型。

下面就测试的相关技术进行研究。

2 误差分离测试技术误差分离技术是通过信息源变换或模型参数估计的方式使有用的信号分量与误差分量相分离的—种测量技术。

测量过程是：通过测量方法和测量装置的适当设计，改变误差分量与有用信号间的组合关系，并从信息源（误差分量与有用信号相混迭的信息源）的不同位置拾取信号，再根据在不同位置处拾取的信号间的联系，建立起误差分量与有用信号间的确定的函数关系，最后经相应的运算处理，使误差得以分离。

测量过程的结构模型，如下图所示：图2 误差分离技术结构模型用位移传感器进行主轴回转误差测量时，由于实际的主轴回转轴心是不可见的，不能直接对其测量，而只能通过对装在主轴上的标准件（标准球或标准棒）或主轴外围轮廓的测量来间接测得主轴轴心运动。

综合实验一机床主轴的回转误差运动测试1、实验目的加工高精度的机械零件，对机床主轴的回转精度有非常高的要求。

测量机床主轴的误差运动可以了解机床主轴的回转状态，分析误差产生的原因。

通过机床主轴回转误差运动测试，要求学生：(1) 了解机床的主轴回转误差运动的测试方法。

(2) 熟悉传感器的基本工作原理。

(3) 掌握传感器的选用原则及测试系统的基本组成。

(4) 熟悉并掌握仪器的基本操作方法。

(5) 基本掌握数据处理与图像分析方法。

2、实验原理本实验使用两种方法进行误差运动测试：(1) 带机械消偏的单向法直角座标显示的误差运动测试，见本实验的背景材料中的图1-9。

(2) 电气消偏单向法圆图像显示的回转轴误差运动测试，见本实验的背景材料中的图1-13。

3、实验对象以C6140普通车床的回转主轴为研究对象，测试其在回转情况下的误差运动。

根据测试数据，用图像分析方法表示误差运动，分析误差运动产生的原因。

4、主要实验仪器和设备(1) C6140普通车床(2) 回转精度测试仪(3) 涡流测振仪(4) 信号发生器(5) 双踪示波器(6) 数字式万用表(7) 可调偏心的测量装置5、实验步骤5.1 带机械消偏的单向法直角座标显示的回转轴误差运动测试(1) 按照仪器的操作说明，熟悉系统所用各仪器控制面板上的旋钮、按键的作用及操作方法；(2) 按照原理框图正确地将系统中各仪器的信号线连通；(3) 调整标准盘1(作为补偿信号)和标准盘2(作为误差的测量信号)的偏心量，标准盘2的偏心量e2应尽可能小，仅稍大于被测量轴回转误差值，以保证得到信号即可，偏心量一般调整到0.03mm~0.05mm；标准盘1的偏心量e1应尽可能调大，大到使被测量轴回转误差值相对于偏心量可以忽略不计，及得到一个接近于纯偏心信号的光滑曲线，但因受涡流传感器工作间隙的限制，偏心量无法无限制地加大，一般调到0.40mm~0.60mm即可，并使e1和e2相差180o；(4) 经指导老师检查系统连接正确后，接通电源预热仪器；(5) 按测振仪使用要求调整好涡流传感器的工作间隙；(6) 调整好机床转速，启动机床；(7) 调整测振仪灵敏度，使之满足下面的关系式：e1.k1传感.k1测振仪= e2.k2传感.k2测振仪(8) 将满足以上关系式的两路输出信号经加法器(借用回转精度测试仪后面板上的加法器，此时应将总接口插板抽出)相加，在示波器上得到误差曲线，曲线上最高点与最低点的高度差即为圆度误差的相对值，曲线最大的垂直度即为粗糙度的相对值；(9) 标定，方法为：用正弦信号发生器输出一标准正弦信号，使其幅值为测振仪当前档位（如30um档）的满量程输出的电压值，将该正弦信号送入加法器输入端，在示波器上得到一幅值为A mm的正弦信号，则该测量系统的标定系数为30um/A mm；(10) 求出绝对误差=相对误差(mm)×30um/A mm；(11) 停机床、关仪器，并拆除仪器的所有连接线，整理现场。

一、前言机床主轴系统是机床的核心部件之一，它直接影响到加工的精度、效率以及机床的性能。

本次实训旨在通过对机床主轴系统的了解和操作，提高学生对机床主轴系统的认识，掌握其基本原理、结构特点、操作方法以及常见故障的排查和维修。

二、实训目的1. 熟悉机床主轴系统的基本结构和工作原理。

2. 掌握机床主轴系统的操作方法和维护保养技巧。

3. 学会分析机床主轴系统常见故障的原因，并能进行初步的排查和维修。

三、实训内容1. 机床主轴系统的基本结构机床主轴系统主要由主轴、轴承、润滑系统、冷却系统、传动系统等组成。

其中，主轴是机床主轴系统的核心部件，其作用是支撑和传递刀具，实现切削运动。

2. 机床主轴系统的工作原理机床主轴系统通过电机驱动，使主轴旋转，进而带动刀具进行切削。

在切削过程中，主轴系统需要承受切削力、切削热以及振动等影响，因此其结构设计必须保证足够的刚度和精度。

3. 机床主轴系统的操作方法1）启动机床，检查主轴系统是否正常。

2）装夹刀具，调整刀具位置，确保加工精度。

3）设置加工参数，如切削速度、进给量等。

4）启动切削，观察主轴系统运行情况，确保加工质量。

4. 机床主轴系统的维护保养1）定期检查主轴系统各部件的磨损情况，及时更换磨损严重的部件。

2）保持主轴系统清洁，防止切削屑、油污等杂质进入系统。

3）定期检查润滑系统，确保润滑油的品质和油量。

4）定期进行主轴系统的平衡试验，防止振动和噪音。

5. 机床主轴系统常见故障的排查与维修1）主轴转速不稳定：检查电机、传动系统、轴承等部件，排除故障原因。

2）主轴振动：检查主轴系统各部件的紧固情况，调整刀具位置，排除振动原因。

3）主轴发热：检查润滑系统，确保润滑油品质和油量，排除发热原因。

四、实训总结通过本次实训，我对机床主轴系统有了更深入的了解，掌握了其基本结构、工作原理、操作方法和维护保养技巧。

同时，我也学会了分析机床主轴系统常见故障的原因，并能进行初步的排查和维修。

在今后的学习和工作中，我将不断积累经验，提高自己的实际操作能力。

东北大学机械设计及理论研究生1105班王晓邦1100541轴回转精度概念及分析机床的工作性能直接影响了零件的加工精度，机床主轴是工件或刀具的位置基准和运动基准，实验结果表明：精密车削的圆度误差约有30％～70％是由于主轴的回转误差引起的，且机床精度越高，所占比例也越大，通过回转轴运动误差的测定，可对机床进行状态监测和故障诊断，预测机床在理想加工条件下所能达到的最小形状误差和粗糙度，还可用于机床加工补偿控制和评价主轴的工作精度，以及判断误差产生的原因。

因此，主轴回转运动误差的测量非常重要。

要想对主轴进行准确的测量，首先必须明确主轴回转精度的概念。

对于主轴的要求集中到一点，就是在运转的情况下它能够保持轴心线的位置稳定不变，也就是所谓的回转精度。

主轴的回转精度不但和主轴部件的制造精度(包括加工精度和装配精度)有关。

而且还和受力后的变形有关，并且随着主轴转速的增加，还需要解决主轴轴承的散热问题，不过，主轴部件的制造精度是主轴回转精度的基础。

回转精度是主轴系统特性的重要指标之一，也是机械加工中主要运动精度之一。

对于车削类加工，将直接影响被加工件的圆度，内、外圆柱面对端面的垂直度等：对于铣削类加工，将影响平行度等。

1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。

3.实验原理（原理框图、仪器性能）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。

实际人由于主轴轴颈不圆、轴承存在缺陷、主轴挠曲、轴支承的两端对轴颈中心线不垂直以及振动等原因，使得主轴回转中心线在每一瞬时都是变动的。

因而，在进行测试数据处理时，往往只能以回转主轴各瞬时回转中心线的空间平均位置作为回转主轴的“理想”中心线。

主轴瞬时回转中心线的空间位置相对理想中心线空间位置的偏差，也就是回转主轴的瞬时误差。