本發(fā)明涉及機床主軸徑向跳動檢測領域，尤其是一種加工狀態(tài)下的車床主軸徑向跳動檢測方法，還涉及該檢測方法的裝置。

背景技術：

目前，在評價機床的加工質(zhì)量時，機床主軸的徑向跳動是一項重要指標。加工狀態(tài)下主軸徑向跳動可以直接反應零件表面輪廓的粗糙度、圓度等幾何誤差。

現(xiàn)有的檢測方法有兩類，一是接觸式測量方法，一般采用千分表或電感微測頭的測針與主軸上安裝的標準芯軸或鋼球接觸，低速旋轉(zhuǎn)主軸，讀取測針的跳動量可得到主軸的回轉(zhuǎn)誤差。中國發(fā)明專利CN201410156897.7公開了一種車床尾座主軸頂尖徑向跳動與主軸軸向傳動檢測裝置，該裝置一端設置有軸套，軸套內(nèi)設置有球軸承和推力軸承，另一端設置有測力計和千分表，從而測量出尾座主軸的徑向跳動和軸向受力情況。接觸式測量方法優(yōu)點是操作簡單，并且測針可做成極小，能詳細反映標準件的細節(jié)輪廓。但缺點是所測主軸旋轉(zhuǎn)速度較低，而實際加工時往往轉(zhuǎn)速較高，并且存在徑向切削力和切屑干擾，因而，所測徑向跳動難以體現(xiàn)實際工況。

二是非接觸式測量方法，主要采用電渦流傳感器或光電式傳感器。中國發(fā)明專利CN201310585077.5公開了一種動態(tài)主軸回轉(zhuǎn)精度檢測裝置，設置若干電渦流傳感器正交布置于主軸檢驗芯軸直徑方向，獲取芯軸徑向跳動信號。另外，該裝置還在主軸外套軸向方向固定電渦流傳感器和激光位移傳感器，以檢測主軸軸向跳動。CN201610403133.2公布了一種旋轉(zhuǎn)軸系徑向跳動的非接觸檢測裝置，利用光柵盤與主軸同軸固聯(lián)，光柵盤上的光柵與裝在元器件架上的發(fā)光管、接收器、指示光柵對齊，主軸旋轉(zhuǎn)帶動光柵盤旋轉(zhuǎn)，在接收管上接收光電信號，從而測量出軸系徑向跳動。非接觸式測量方法不會劃傷被測對象表面，跳動值在任意轉(zhuǎn)速下都可進行測量，但依然存在轉(zhuǎn)軸同標準元件軸線或球心的偏心誤差，依然不能在切削狀態(tài)下進行徑跳測量。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題，提出一種適用于加工狀態(tài)下的車床徑向跳動檢測方法，同時提供該檢測方法的裝置。

本裝置中包括一套安裝在被加工軸上的芯棒吸持部件，和一套動態(tài)調(diào)測部件。芯棒吸持部件通過強磁鐵將被測芯棒吸持在表面粗糙度較高的鋼化玻璃上，利用動態(tài)調(diào)測部件對被測芯棒進行一次動態(tài)消偏和測量，在此基礎上利用數(shù)據(jù)濾波技術對與加工質(zhì)量無影響的轉(zhuǎn)速同頻信號進行濾波，從而實現(xiàn)微小徑向跳動在加工狀態(tài)下的實時測量。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：加工狀態(tài)下車床主軸徑向跳動檢測裝置，包括上位機、芯棒吸持部件和動態(tài)調(diào)測部件，芯棒吸持部件安裝在被加工圓棒上，安裝套通過緊定螺釘與被加工圓棒固連，安裝套的內(nèi)孔中放置強磁鐵，緊箍蓋壓合強磁鐵和鋼化玻璃后用螺釘與安裝套固連，被測芯軸吸合在鋼化玻璃的光滑表面上；

動態(tài)調(diào)測部件包括磁力座、縱向移動板和橫向安裝板組成的十字形支架，橫向安裝板一端部通過支架安裝微動螺旋機構，其尾部套一尼龍推塊；橫向安裝板另一端固定有激光位移傳感器，其數(shù)據(jù)線與上位機相連。

進一步地，橫向安裝板中部的燕尾榫與縱向移動板中部的燕尾槽活動連接，可調(diào)節(jié)高度，由緊定螺釘鎖定。

加工狀態(tài)下車床主軸徑向跳動測量與處理方法，

第一步，預先將被加工圓棒的尾部進行加工，其直徑與安裝套的內(nèi)孔吻合，并且應大于尾部最終的加工尺寸；

第二步，將所述芯棒吸持部件和被加工部件固連，將所述動態(tài)調(diào)測部件置于機床本體的任意靜止部位，利用磁力座吸合；

第三步，啟動機床加工程序與激光位移傳感器測量程序，當機床溜板帶動刀具對被加工圓棒進行切削加工時，快速調(diào)節(jié)微動螺旋機構，直至上位機測量程序上測值的峰峰值最小。

第四步，測值處理：先確定主軸轉(zhuǎn)速，當芯棒存在較大偏心時，所測量波形具有周期性，記錄波形周期數(shù)和相應的時間，得到主軸旋轉(zhuǎn)頻率；計算測量數(shù)據(jù)的殘差，即利用傳感器的每個樣本讀數(shù)減去樣本范圍的平均值；

第五步，設置帶阻濾波器，在殘差數(shù)據(jù)內(nèi)消除與主軸旋轉(zhuǎn)頻率相同的信號，最終數(shù)據(jù)的峰峰值即為對加工質(zhì)量有影響的徑向跳動量。

本發(fā)明在加工狀態(tài)下進行車床徑向跳動測量時，利用微動螺旋機構帶動尼龍推塊，從而推動鋼化玻璃上的芯棒，同時，利用高精度激光位移傳感器拾取芯棒旋轉(zhuǎn)時的位移信號，并傳輸?shù)接嬎銠C進行處理和顯示，微動調(diào)節(jié)直至測量值的峰峰值最小為止，從而實現(xiàn)一次消偏；上位機上對測值進行濾波處理，消去與轉(zhuǎn)速同頻的測量信號，最終所得測值的變動范圍即為對加工質(zhì)量有影響的徑向跳動量。與現(xiàn)有技術相比較，具有以下優(yōu)點：

1、解決了傳統(tǒng)徑向跳動檢測裝置無法在切削狀態(tài)下的徑向跳動值的測量問題，為真實反映主軸加工精度提供了檢測依據(jù)。

2、采用了高精度激光位移傳感器，與測試點呈非接觸狀態(tài)，可以實現(xiàn)高速狀態(tài)下的車床徑向跳動檢測。

3、采用基于尼龍推塊和高精度位移傳感器相結合的削偏機構，可以調(diào)節(jié)芯棒直至信號的峰峰值最小，理論上，芯棒中心可以同主軸徑向跳動范圍的中心極為接近。

4、對峰峰最小的測值進行殘差計算和數(shù)值濾波處理，與主軸旋轉(zhuǎn)頻率相同的信號，可以真實得到對加工質(zhì)量有影響的徑向跳動量。誤差源少，測量效率高，動態(tài)測量優(yōu)勢明顯。

5、采用磁力座安裝，操作方便，空間局限性??；裝置的結構相對簡單，通過不同的安裝組件設置，可推廣至任意回轉(zhuǎn)型機床的徑向跳動在線測量，易于推廣。

附圖說明

圖1是芯棒吸持部件結構示意圖；

圖2是動態(tài)調(diào)測部件結構示意圖；

圖3是車床徑跳測量裝置立體示意圖；

圖4是加工狀態(tài)下車床徑向跳動的理論檢測模型圖。

圖中：1.被加工圓棒，2.安裝套， 3.安裝套緊定螺釘，4.連接套，5.安裝螺釘，6.強磁鐵，7.緊箍蓋，8.鋼化玻璃，9.被測芯棒；10.磁力座，11.縱向移動板， 12.微動螺旋機構緊定螺釘，13.微動螺旋機構，14.橫向安裝板，15安裝螺栓，16.激光位移傳感器，17. 安裝板緊定螺釘，18.尼龍推塊，19.機床本體，20.刀架，21.車刀，22.安置塊，23.激光束。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明。為保證本方法的順利實施，必須有一個芯棒吸持部件和一個動態(tài)調(diào)測部件。

圖1芯棒吸持部件結構示意圖所示，預先將被加工圓棒1的尾部加工成與安裝套2內(nèi)孔同直徑后，安裝套2通過緊定螺釘3與被加工圓棒1固連；連接套4采用非導磁材料，與安裝套2通過安裝螺釘5固連；強磁鐵6放置在安裝套2的內(nèi)孔中，利用帶有內(nèi)螺紋的緊箍蓋7壓合強磁鐵6和鋼化玻璃8，最終，可以實現(xiàn)被測芯軸9吸合在鋼化玻璃8的光滑表面上。

圖2動態(tài)調(diào)測部件結構示意圖所示，橫向安裝板14可在縱向移動板11的燕尾槽內(nèi)進行高度調(diào)節(jié)，并由緊定螺釘17鎖定；微動螺旋機構13的尾部套有尼龍推塊18，并通過緊定螺釘12固定在橫向安裝板14上，微動螺旋機構13可推動尼龍推塊18做一維直線運動，且尼龍推塊18本身具有一定的彈性；同時，激光位移傳感器16通過傳感器安裝螺栓15固定在橫向安裝板14上，并與上位機進行數(shù)據(jù)的傳輸。

圖3是 車床徑跳測量裝置。預先將被加工圓棒的尾部進行加工，其直徑與安裝套2的內(nèi)孔等值，并且應大于尾部最終的加工尺寸。將所述芯棒吸持部件和被加工部件固連，并將所述動態(tài)調(diào)測部件置于機床本體19的任意靜止部位，利用磁力座10吸合。加工狀態(tài)下的車床徑向跳動測量方法描述如下：

被加工圓棒1置于機床本體19的主軸孔后，預先將被加工圓棒1的尾部加工成與安裝套2內(nèi)孔同直徑，并將被加工圓棒1與所述芯棒吸持機構固定。同時，將所述動態(tài)調(diào)測部件置于機床本體19的任意靜止部位，利用磁力座10吸合，如若空間限制，可另設安置塊置于機床本體19的任意靜止部位。

啟動加工程序，刀架20帶動車刀21在機床本體19的溜板上對旋轉(zhuǎn)著的被加工圓棒19進行切削加工。由于芯棒9軸向受力極大，徑向受力較小，利用微動螺旋機構13帶動尼龍推塊18可以推動鋼化玻璃8上的芯棒9運動；同時，利用高精度激光位移傳感器16拾取芯棒9旋轉(zhuǎn)時的位移信號，并傳輸?shù)接嬎銠C進行處理和圖形顯示。由于尼龍推塊18的前端面為平面，沿徑向推動精密芯棒9，所測位移信號的峰峰值隨著尼龍推塊18的位置不斷變化，根據(jù)這種峰峰值變化，可以調(diào)節(jié)芯棒9直至信號的峰峰值最小，此時，芯棒9的中心同主軸徑向跳動范圍的理論中心重合。對最終的位移測量數(shù)據(jù)進行處理。

第一步，確定主軸轉(zhuǎn)速，當芯棒9存在較大偏心時，所測量波形具有周期性，記錄波形周期數(shù)和相應的時間，即可得到主軸旋轉(zhuǎn)頻率。

第二步，計算測量數(shù)據(jù)的殘差。傳感器的每個樣本讀數(shù)減去樣本范圍的均值。

第三步，設置帶阻濾波器，在殘差數(shù)據(jù)內(nèi)消除與主軸旋轉(zhuǎn)頻率相同的信號，最終數(shù)據(jù)的峰峰值即為對加工質(zhì)量有影響的徑向跳動量。

首先介紹一次消偏理論模型。圖3的檢測原理可簡化為圖4所示，芯棒9繞機床19的主軸回轉(zhuǎn)，當不存在回轉(zhuǎn)誤差時，設O點為回轉(zhuǎn)中心，并有偏心距為OA。當尼龍推塊18沿X軸向前慢速移動，芯棒9和尼龍推塊18相互擠壓，芯棒9的中心A向O點靠近。并且，由于在OA與BC垂直時，芯棒9的邊緣靠BC最近，因而，芯棒9的移動軌跡可以理解成： A點沿X軸逼近O點。只有O、A重合，激光位移傳感器16采集的數(shù)據(jù)在上位機上繪制的圖形，理論上為零，偏心被徹底消除。

當存在回轉(zhuǎn)誤差時，圖4中為瞬時回轉(zhuǎn)中心，O點為平均回轉(zhuǎn)中心。A點的位置可表示為：

（1）

是一個復變函數(shù)，表示回轉(zhuǎn)運動平面內(nèi)的轉(zhuǎn)子徑向回轉(zhuǎn)誤差運動及其方位。

傳感器所測的位移量：

（2）

由式（1）可知，當較小時，也較小。經(jīng)調(diào)節(jié)，當達到0.1毫米量級后，相對芯棒半徑極小。因而，式（2）中第二分項基本不變，e中交變成分只有后兩項。如圖4所示，可調(diào)，當為0時，e的變化幅值取M(t)的最大值，即徑向跳動值?？梢?，可能比徑跳值更小，相應的偏心則可能不為0。

啟動機床加工程序、激光位移傳感器測量程序，當機床溜板帶動刀具對被加工圓棒進行加工時，快速調(diào)節(jié)微動螺旋機構，直至上位機上測量程序上傳感器的測量峰峰值最小。

其次，介紹數(shù)值處理二次削偏。由于最終的傳感器輸出值的變動量極小，且又因為主軸轉(zhuǎn)速同頻的徑向跳動分量與加工質(zhì)量關系沒有影響，因而對最終傳感器的輸出樣本進行同頻濾波處理后，余下數(shù)值的變動范圍即為對加工質(zhì)量有影響的徑向跳動量。