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主轴回转精度量测

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主轴回转精度量测
一、概论
随着科技的日新月异，机械的精密度要求也就日趋严苛，因此现代的工具机制造厂之加工精度以及装配精度亦不断的提高，为的就是能使工具机加工出高精度的零组件，以符合市场的需求。

要达到此一目的，除了提高工具机刚性、抗振性以及热稳定性之外，首先必须提高工具机的各主要组件，特别是主轴组件的精度。

主轴组件的性能是影响工具机加工品质与生产效率极其重要的关键因素。

而主轴回转精度又是影响主轴组件性能的最基本指标，其具体影响表现在工件的「加工精度」和「表面粗糙度上」。

因此，如何提高主轴回转精度是非常重要的一项技术。

二、提高主轴精度的方法
影响主轴回转精度之因素
(一) 轴承精度和间隙的影响：
1. 滚道的径向跳动。

2. 各滚动体直径不一致和形状误差。

3. 滚道的端面误差。

4. 轴承间隙的影响：
a. 使主轴在外力作用下发生静位移。

b. 使主轴旋转轴线作复杂的周期运动。

c. 动态特性不佳。

其改善方式为采取预加负荷消除轴承间隙。

(二)主轴本身及配合零件的精度和装配品质的影响：
1.影响主轴本身的精度因素有轴颈、内锥孔、装拆夹头或刀具的定位基面、安装传动件的定位基面、定位轴肩、键槽与花键、螺纹等。

主轴轴颈的尺寸和形状误差必须严格控制，其精度不应低于轴承相对应精度。

2.调整间隙的螺母、过渡套、垫圈和主轴轴肩等的端面不垂直度：将使轴承装配时因受力不均而造成滚道畸变。

实验证明，调整螺母的端面跳动超过0.05毫米时，对主轴前端的径向跳动影响十分显着。

引起调整螺母端面跳动的主要原因是：螺母本身的端面与其轴线不垂直，主轴的螺纹轴线与轴颈线偏斜。

3.轴承螺帽：轴承内圈通常用螺帽在轴向锁紧，螺帽端面跳动（端面垂直度不佳），使轴承内圈倾斜，导致滚珠打滑而温度升高，噪音及磨损增大，轴的径向跳动增大。

螺帽除了尺寸及形状公差须加以控制外，也需控制锁紧力量，SKF建议在内圈最小截面积的最大应力，若是斜角滚珠系列轴
承，应力是5N/mm2；滚柱轴承系列，其应力是15N/mm2，就会使间隔环紧贴在轴承端面，完成预压。

FAG建议其应力是10N/mm2。

螺帽锁紧的多大力矩才会达到轴承于内圈之最大应力，会因主轴轴颈的粗糙杜、干涉量、螺纹等级极其粗糙度，是否润滑及其间的预压大小等因素而改变。

三、量测实例介绍
一、测试参考依据
本测试参考ASME B5.54-1992，以主轴最高转速的10%、50%、100%为测试转速，测试主轴在动态回转下之径向与轴向精度，其量测架构分别如图a及图b所示。

主轴动态量测实质意义：
•量测工件与刀具之间的切削点
•量测切削点之相对位置变化
•此量测是动态的(于操作转速下)
•了解造成相对运动的原因,例如结构误差运动及温度变化效应
•使用非接触式动态位移计(频宽: DC 0 Hz ~ 20KHz, 解析度: 2 nanometer)
图a 径向误差量测架构
图b 轴向误差量测架构
为什么需做主轴动态量测？
•当你制作或采购一部新的加工机时
•当你要找加工精度问题或做定期精度检查保养工作时
•找出加工机最佳精度以改善加工品质
•减少发生问题维修时猜测及试误的时间
•你所做出来的主轴真的是品质均一,好的没话说?以目前的主轴品管检验方法就足够,不用再做任
何测试? (回转精度,热刚性,自然频率/运转振动)
一、分析
根据实机测试，可得
如图之运动误差图
，分析如下：
(LION SEA 实际机台测试应用)
•对一般的工具机,如搪床,铣床,加工中心机,车床等都可使用此仪器来评价其性能及找出相关精度上的问题此设备可以做以下测试 1. 主轴动态回转精度测试
2. 主轴温昇热变形测试
其他测试应用
1. 动刚性量测
2. 震动量測
3. 厚度量测(导体与非导体)
4. 伺服定位控制(微进给轴,或主轴热补偿)
5. 圆度与偏心量量测
主轴动态回转精度测试(3 probes)
6. 动态偏摆与回转精度量测
图解说明
1.平均误差(Average Error)
是总误差运动极座标图的平均轮廓线,代表机台在理想切削条件下所能加工出零件的最好真圆度.
2.非同步误差(Asynchronous Error)
是总误差运动对平均误差运动的偏离,代表机台在理想削条件下所能穫得的表面精度.
3.基本误差(Fundamental Error)
平均误差运动的最密切圆,代表主轴轴心线每转一次的轴向误差
4.残馀误差(Residual Error)
平均误差运动对基本误差图像的偏离,代表端面加工的平面度.
四、主轴动态回转精度分析
径向回转精度与工件精度的关系
1.以单刃切削为例,主轴回转精度之平均误差(Average Error Motion)和加工孔径之圆度(roundness)直接相关。

LOW AVERAGE ERROR = ROUNDER HOLES
2.主轴回转精度之非同步误差(Asynchronous Error Motion) 和加工之表面粗度(peak to valley surface finish)直接相关一般情况: 为4到6倍的工件表面粗度(Ra)(4 to 6 times the average surface finish) of a machined part.
LOW ASYNCHRONOUS ERROR = BETTER SURFACE FINISH
造成径向运动误差(Radial Error Motion)的原因:
有两个主要的原因造成工具机上之主回转精度误差:
1. 轴承(Bearings), 包含轴承不对心(bearing alignment)
2. 机台结构变形造成主轴与量测点间的动态位移
造成径向平均误差(Average Error)的原因:
1.轴承内(外)环轨道不圆
2.轴承座不圆
3.轴承座不对心
4.主轴动不平衡偶合结构刚性不均匀
5.机台结构与主轴转速共振
造成径向非同步误差(Asynchronous Error)的原因:
1. 轴承预压不当(Improper preload )
2. 轴承缺陷(Bearing defects)例如:
•滚珠或滚柱尺寸有差异或缺陷
•滚珠或滚柱与轨道面的摩擦
•保持器磨损变形或组装不良
3. 机台结构变形造成相对振动
4. 由机台外部振动源造成的结构振动变形
5. 机台内部振动源(Self excited motion)引起的: •液压系统(Hydraulic system)
•冷却系统(Coolant system)
•齿轮,皮带及皮带轮(Gears, belts, pulleys)
•润滑系统(Lubrication systems)
6. 机械结构或主轴之共振。

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5机械制造质量分析与控制1

5机械制造质量分析与控制1

41
5.工艺系统刚度对加工精度的影响
(1)工艺系统刚度变化引起的误差
y系统
yx
y刀架
Fy
1 k刀架
1 （l k 头座
x ）2 l
k
1（
尾座
x l
）2
k系统
Fy y系统
1
1 1 （l x）2
1 （ x）2
k刀架 k头座 l
k尾座 l
5.工艺系统刚度对加工精度的影响
(2)切削力变化引起的误差
➢ 通常要求定位误差和夹具 制造误差不大于工件相应 公差的1/3。
31
三、 调整误差
试切法（图 a）
➢ 测量误差。 ➢ 试切时与正式切削时切削厚度
不同造成的误差。 ➢ 机床进给机构的位移误差。
调整法（图 b）
➢定程机构误差。 ➢样件或样板误差。 ➢测量有限试件造成的误差。
a）
b）
试切法与调整法
32
通常将机械制造质量分成加工精度和 表面质量两个方面来研究。
第一节 机械加工精度
一、基本概念
1.加工精度与加工误差
加工精度指零件加工后的实际几何参数（ 尺寸、形状和位置）与理想几何参数的符合程 度。
零件加工后的实际几何参数对理想几何参 数的偏离程度，称为加工误差。
提高加工精度意义重大。对于特定产品只 要求满足规定的公差要求即可。
作业
第五章 机械制造质量分析与控制
产品质量
指用户对产品的满意程度。
• 产品质量包括范围
产品的设计质量； 产品的制造质量； 产品售后服务质量。
第五章 机械制造质量分析与控制
机械制造质量组成
1 零件几何精度
零件几何误差，包括尺寸误差、几何形 状误差和位置误差。
数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定

数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定

数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定1 范围本部分规定了通过直接测量机床的单个轴线来检验和评定数控机床的定位精度和重复定位精度的方法。

这种方法对线性轴线和回转轴线（直线运动和回转运动）同样适用。

本部分适用于机床的型式检验、验收检验、比较检验、定期检验。

也可用于机床的补偿调整检验。

本部分不适用于需同时检验几个轴线的机床。

检验方法涉及每个位置上的重复测量。

本部分给出了与检验有关的参数的定义和计算方法。

ISO/TR 230-9:2005的附录C[2]中描述了不确定度的估算方法。

附录A提供了估算测量不确定度的方法。

附录B叙述了可供选择应用的阶梯循环。

这一循环的结果既不用在与本部分有关的技术文献中，也不用于验收，除非供方/制造厂与机床用户之间签订有特殊的书面协议。

出于机床验收目的考虑，使用本部分的标准检验循环始终是正确的选择。

2 定义与符号下列定义和符号适用于本文件：2.1轴线行程axis travel在数字控制下运动部件沿轴线移动的最大直线行程或绕轴线回转的最大行程。

注当运动部件绕轴线回转超过360°时，可能无法清晰地定义行程最大长度。

2.2测量行程 measurement travel用于采集数据的部分轴线行程。

选择测量行程时应保证可以双向趋近第一个和最后一个目标位置（见图1）。

2.3目标位置P i(i=1至m) target position P i(i=1 to m)运动部件编程要达到的位置。

注下标i表示沿轴线或绕轴线选择的目标位置中的特定位置。

2.4实际位置P ij(i=1至m ;j=1至n) actual position P ij( i=1 to m; j=1 to n)运动部件第j次向第i个目标位置趋近时实际测得的到达位置。

1位置偏差 X ij deviation of position; positional deviation X ij运动部件到达的实际位置减去目标位置之差。

机械制造技术基础（第2版）课后习题答案

机械制造技术基础（第2版）课后习题答案

《机械制造技‎术基础》部分习题参‎考解答第四章 机械加工质‎量及其控制‎4-1 什么是主轴‎回转精度？为什么外圆‎磨床头夹中‎的顶尖不随‎工件一起回‎转，而车床主轴‎箱中的顶尖‎则是随工件‎一起回转的‎？解：主轴回转精‎度——主轴实际回‎转轴线与理‎想回转轴线‎的差值表示‎主轴回转精‎度，它分为主轴‎径向圆跳动‎、轴向圆跳动‎和角度摆动‎。

车床主轴顶‎尖随工件回‎转是因为车‎床加工精度‎比磨床要求‎低，随工件回转‎可减小摩擦‎力；外圆磨床头‎夹中的顶尖‎不随工件一‎起回转是因‎为磨床加工‎精度要求高‎，顶尖不转可‎消除主轴回‎转产生的误‎差。

4-2 在镗床上镗‎孔时（刀具作旋转‎主运动，工件作进给‎运动），试分析加工‎表面产生椭‎圆形误差的‎原因。

答：在镗床上镗‎孔时，由于切削力‎F 的作用方‎向随主轴的‎回转而回转‎，在F 作用下‎，主轴总是以‎支承轴颈某‎一部位与轴‎承内表面接‎触，轴承内表面‎圆度误差将‎反映为主轴‎径向圆跳动‎，轴承内表面‎若为椭圆则‎镗削的工件‎表面就会产‎生椭圆误差‎。

4-3 为什么卧式‎车床床身导‎轨在水平面‎内的直线度‎要求高于垂‎直面内的直‎线度要求？答：导轨在水平‎面方向是误‎差敏感方向‎，导轨垂直面‎是误差不敏‎感方向，故水平面内‎的直线度要‎求高于垂直‎面内的直线‎度要求。

4-4 某车床导轨‎在水平面内‎的直线度误‎差为0.015/1000m ‎m ，在垂直面内‎的直线度误‎差为0.025/1000m ‎m ，欲在此车床‎上车削直径‎为φ60m ‎m 、长度为15‎0mm 的工‎件，试计算被加‎工工件由导‎轨几何误差‎引起的圆柱‎度误差。

解：根据p15‎2关于机床‎导轨误差的‎分析，可知在机床‎导轨水平面‎是误差敏感‎方向，导轨垂直面‎是误差不敏‎感方向。

水平面内：0.0151500.002251000R y ∆=∆=⨯=mm ；垂直面内：227()0.025150/60 2.341021000z RR-∆⎛⎫∆==⨯=⨯ ⎪⎝⎭mm ，非常小可忽‎略不计。

回转中心误差校正计算公式

回转中心误差校正计算公式

回转中心误差校正计算公式回转中心误差是机械加工中常见的问题，它会导致加工零件的尺寸和形状偏离设计要求，从而影响产品的质量。

为了解决这一问题，工程师们提出了回转中心误差校正计算公式，通过精确的计算和调整，可以有效地减小回转中心误差，提高加工精度和产品质量。

回转中心误差是指机械设备在运转过程中，由于各种因素的影响，导致回转中心位置偏离理想位置的现象。

这些因素包括机床本身的精度、零部件的磨损、温度变化等。

回转中心误差会导致加工零件的圆度、圆柱度、平行度等指标不符合要求，严重影响产品的质量和使用性能。

为了校正回转中心误差，工程师们提出了一系列的计算公式和调整方法。

其中，回转中心误差校正计算公式是其中的重要一环。

这个公式可以通过对机床的结构、零部件的位置、运动轨迹等进行精确的计算，得出回转中心误差的大小和方向，从而为后续的调整提供准确的依据。

回转中心误差校正计算公式的具体形式会因机床的类型、结构、加工方式等因素而有所不同。

但一般来说，它们都会包括以下几个方面的内容：1. 机床结构参数，包括机床的轴向间距、轴向误差、回转轴的偏心量等。

这些参数可以通过测量和计算得出，是回转中心误差计算的基础。

2. 零部件位置误差，包括主轴、夹具、刀具等零部件的位置误差。

这些误差会直接影响到加工零件的回转中心误差，需要进行精确的测量和计算。

3. 运动轨迹分析，包括机床的运动轨迹、零件的加工轨迹等。

通过对轨迹的分析，可以得出回转中心误差的大小和方向，为后续的调整提供依据。

通过对以上内容的精确计算和分析，工程师们可以得出回转中心误差校正的具体数值和方向。

然后，他们可以采取一系列的调整措施，包括机床的调整、零部件的更换、工艺参数的调整等，来减小回转中心误差，提高加工精度和产品质量。

除了回转中心误差校正计算公式，工程师们还可以采用其他方法来减小回转中心误差。

比如，他们可以通过提高机床的精度、优化加工工艺、改进零部件的设计等方式，来减小回转中心误差的产生。