成套回轉(zhuǎn)裝備主軸動(dòng)態(tài)回轉(zhuǎn)誤差的測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種精密機(jī)床或精密離心機(jī)等成套回轉(zhuǎn)裝備主軸動(dòng)態(tài)回轉(zhuǎn)誤差的測(cè)量裝置，屬于精密儀器制造及測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]作為精密機(jī)床、精密轉(zhuǎn)臺(tái)以及精密離心機(jī)等成套裝備的核心部分，主軸的回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量很大程度上影響著精密零部件的加工精度以及慣性?xún)x表的標(biāo)校精度。尤其在精密機(jī)械加工領(lǐng)域，機(jī)床熱變形、結(jié)構(gòu)誤差、主軸回轉(zhuǎn)誤差、環(huán)境振動(dòng)等眾多因素均是影響機(jī)械零件加工誤差的因素。隨著機(jī)床的加工精度達(dá)到亞微米甚至納米量級(jí)，主軸回轉(zhuǎn)誤差引起的零件加工誤差將成為制約精密機(jī)械加工精度的主要影響因素。相關(guān)試驗(yàn)表明精密車(chē)削加工的零件圓度誤差約有30%?70%是由車(chē)床的主軸回轉(zhuǎn)誤差引起的，而且機(jī)床的精度越高，其主軸回轉(zhuǎn)誤差在各種加工誤差源中所占的比例越大。
[0003]在目前的主軸回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量原理及技術(shù)手段不能從根本上改變的情況下，回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量要以主軸外輪廓或附加標(biāo)準(zhǔn)球作為測(cè)量基準(zhǔn)面，這樣就不可避免會(huì)混入主軸外輪廓的圓度誤差或附加標(biāo)準(zhǔn)球的安裝偏心等誤差源，因此主軸回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量的關(guān)鍵在于誤差分離技術(shù)。
[0004]目前，主軸回轉(zhuǎn)誤差和圓度誤差分離方法主要有反轉(zhuǎn)法、多步法以及多測(cè)頭法。相關(guān)研究表明雖然三種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，但只要合理設(shè)計(jì)參數(shù)，三種方法都能達(dá)到納米級(jí)測(cè)量精度，但工程實(shí)現(xiàn)難度極大，而且這么高的測(cè)量精度目前主要是針對(duì)機(jī)械零部件的圓度誤差和回轉(zhuǎn)誤差分離。針對(duì)機(jī)床或精密離心機(jī)等成套裝備的動(dòng)態(tài)回轉(zhuǎn)誤差在線測(cè)量，其重要性亦為重要:對(duì)于精密機(jī)床，其動(dòng)態(tài)回轉(zhuǎn)誤差更能反映真實(shí)工況下的加工精度，通過(guò)回轉(zhuǎn)誤差的在線精密測(cè)量，可以預(yù)測(cè)機(jī)床在理想加工條件下所能達(dá)到的最小形狀誤差和粗糙度，亦可用于機(jī)床加工精度的補(bǔ)償控制，實(shí)現(xiàn)更高一級(jí)精度的加工；對(duì)于高精度精密離心機(jī)，其負(fù)載工況下的主軸動(dòng)態(tài)回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量結(jié)果將作為補(bǔ)償量用以提高輸出加速度的精準(zhǔn)度。目前多點(diǎn)法可以實(shí)現(xiàn)成套裝備的主軸動(dòng)態(tài)回轉(zhuǎn)誤差在線實(shí)時(shí)測(cè)量，但測(cè)量原理和測(cè)量系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜；反轉(zhuǎn)法和多步法主要用于對(duì)機(jī)械零件的圓度誤差檢測(cè)，很難對(duì)成套回轉(zhuǎn)裝備的主軸動(dòng)態(tài)回轉(zhuǎn)誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。
[0005]目前公知的基于多點(diǎn)法誤差分離技術(shù)的主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差測(cè)量方法主要有基于頻域和時(shí)域兩種，這些方法均能實(shí)現(xiàn)精密機(jī)床等成套裝備的主軸動(dòng)態(tài)回轉(zhuǎn)誤差在線測(cè)量。相關(guān)文獻(xiàn)可參考中國(guó)專(zhuān)利:一種改進(jìn)型三點(diǎn)法回轉(zhuǎn)誤差、圓度誤差計(jì)算方法，專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?201310285596.X ; —種主軸徑向回轉(zhuǎn)精度在線監(jiān)測(cè)裝置，專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?201110343296.3 ;等等。多點(diǎn)法誤差分離專(zhuān)利較多，在此不一一列舉，歸納起來(lái)多點(diǎn)法的缺點(diǎn)是測(cè)量原理復(fù)雜，傳感器安裝誤差和多個(gè)傳感器之間的靈敏度差異也將會(huì)引入較大的測(cè)量誤差。反轉(zhuǎn)法和多步測(cè)量法方面，目前公知的技術(shù)或應(yīng)用主要針對(duì)機(jī)械零部件的圓度誤差測(cè)量。中國(guó)國(guó)內(nèi)專(zhuān)利:單轉(zhuǎn)位圓度誤差分離方法，專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?200510002287.2，通過(guò)對(duì)多步法進(jìn)行改進(jìn)實(shí)現(xiàn)了工件的圓度誤差高精度測(cè)量；一種基于反向和多傳感器法結(jié)合的高精度圓度檢測(cè)方法，專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?201110049087.8，通過(guò)制作兩個(gè)具有相同形狀誤差的轉(zhuǎn)盤(pán)，并借助于圓度儀，基于反向法和多側(cè)頭法實(shí)現(xiàn)了工件的圓度誤差高精度測(cè)量；基于雙測(cè)頭掃描數(shù)據(jù)拼接的工件轉(zhuǎn)臺(tái)誤差分離的測(cè)量裝置及方法，專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?201110414841.3，采用雙測(cè)頭掃描數(shù)據(jù)拼接方法，有效分離去除工件轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，提高了圓度誤差分離精度。國(guó)外文獻(xiàn)有通過(guò)嚴(yán)格控制測(cè)量條件，對(duì)反轉(zhuǎn)法進(jìn)行改進(jìn)的方法，通過(guò)借助于高精度定位轉(zhuǎn)臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了工件的納米級(jí)圓度誤差測(cè)量精度。雖然以上反轉(zhuǎn)法、改進(jìn)反轉(zhuǎn)法、多步法等的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量簡(jiǎn)單、精度高，但還是通過(guò)借助于高精度定位轉(zhuǎn)臺(tái)用于工件的圓度誤差測(cè)量，很難直接用于機(jī)床等成套回轉(zhuǎn)裝備的主軸動(dòng)態(tài)回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的就在于為了解決上述問(wèn)題而提供一種基于改進(jìn)反轉(zhuǎn)法的成套回轉(zhuǎn)裝備主軸動(dòng)態(tài)回轉(zhuǎn)誤差的測(cè)量裝置。
[0007]本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的:
[0008]一種成套回轉(zhuǎn)裝備主軸動(dòng)態(tài)回轉(zhuǎn)誤差的測(cè)量裝置，包括光柵編碼器、標(biāo)準(zhǔn)棒、位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器、信號(hào)調(diào)理器和上位機(jī)，所述標(biāo)準(zhǔn)棒用于與所述主軸連接并同步旋轉(zhuǎn)，所述光柵編碼器用于檢測(cè)所述主軸的轉(zhuǎn)速并輸出Z脈沖信號(hào)，所述位移傳感器用于檢測(cè)所述標(biāo)準(zhǔn)棒的位移，所述位移傳感器的信號(hào)輸出端和所述光柵編碼器的Z脈沖信號(hào)輸出端分別與所述數(shù)據(jù)采集器的信號(hào)輸入端連接，所述數(shù)據(jù)采集器的信號(hào)輸出端與所述信號(hào)調(diào)理器的信號(hào)輸入端連接，所述信號(hào)調(diào)理器的信號(hào)輸出端與所述上位機(jī)的信號(hào)輸入端連接；所述測(cè)量裝置還包括安裝于所述標(biāo)準(zhǔn)棒與所述主軸之間的連接定位柱，所述連接定位柱的第一端與所述主軸連接，所述連接定位柱的第二端與所述標(biāo)準(zhǔn)棒的第一端連接，所述連接定位柱的第二端端面為平面且在其圓周或虛擬圓周上設(shè)有兩個(gè)以所述連接定位柱的中心線為對(duì)稱(chēng)軸對(duì)稱(chēng)的連接定位柱標(biāo)記，所述標(biāo)準(zhǔn)棒的第一端端面為平面且在其圓周或虛擬圓周上設(shè)有兩個(gè)以所述標(biāo)準(zhǔn)棒的中心線為對(duì)稱(chēng)軸對(duì)稱(chēng)的標(biāo)準(zhǔn)棒標(biāo)記；四個(gè)所述位移傳感器的測(cè)量端均勻分布于所述標(biāo)準(zhǔn)棒圓周外的虛擬圓周上。
[0009]作為優(yōu)選，所述連接定位柱標(biāo)記和所述標(biāo)準(zhǔn)棒標(biāo)記的寬度均小于1mm，且所述連接定位柱標(biāo)記和對(duì)應(yīng)的所述標(biāo)準(zhǔn)棒標(biāo)記在相互對(duì)準(zhǔn)時(shí)其重疊寬度不小于0.5_。
[0010]為了便于加工，所述連接定位柱標(biāo)記和所述標(biāo)準(zhǔn)棒標(biāo)記均為刻度線標(biāo)記。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0012]本實(shí)用新型通過(guò)在標(biāo)準(zhǔn)棒與主軸之間增加一個(gè)帶有精密標(biāo)記的連接定位平臺(tái)將反轉(zhuǎn)法誤差分離技術(shù)改進(jìn)用于成套回轉(zhuǎn)裝備的主軸動(dòng)態(tài)回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量，與現(xiàn)有多測(cè)頭法誤差分離技術(shù)相比，本實(shí)用新型所述測(cè)量裝置誤差分離簡(jiǎn)單、運(yùn)算量小，而且測(cè)量誤差可控，不存在諧波抑制問(wèn)題，顯著提高了測(cè)量精度，適于推廣應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型所述成套回轉(zhuǎn)裝備主軸動(dòng)態(tài)回轉(zhuǎn)誤差的測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2