摘要: 主轴径向回转误差是衡量与评估主轴工作性能与工作精度的重要指标，对于预测和控制依靠主轴工作的高端装备所加工工件的质量具有重要意义，如何检测并分离出高精度的主轴径向回转误差成为近年来研究的热点。国内外学者研究并提出了反向法、多步法以及... 展开 主轴径向回转误差是衡量与评估主轴工作性能与工作精度的重要指标，对于预测和控制依靠主轴工作的高端装备所加工工件的质量具有重要意义，如何检测并分离出高精度的主轴径向回转误差成为近年来研究的热点。国内外学者研究并提出了反向法、多步法以及多点法等误差检测方法，但由于受到传感器安装定位角度、索引和二次定位工件精度等不确定因素的影响，其误差检测与分离精度不高。 针对上述难点，本文提出了一种适用于精密主轴高精度误差检测的原位误差检测与分离方法，该方法融合了反向法与三点法的特点，改进了误差采集方法，避免了二次定位工件引入的系统偏差；其次采用三个传感器在特定角度原位进行测量数据采集，通过分析不同位置传感器采集的包含相位差异的数据信息，将工件圆度误差与主轴径向误差进行分离，相比传统三点法该过程更加精简。基于编程软件开发了误差数据采集与处理系统，最后，设计并搭建了一套高精度的主轴误差检测系统。通过实验研究，验证了分离算法的有效性，评定了检测系统的测量不确定度，主要研究内容如下： （1）提出了一种适用于精密主轴径向误差检测的数据采集方法与策略；分析了主轴径向回转误差与标准工件圆度误差及其他干扰误差之间的关系，提出了一种特定角度三点法误差分离算法，推导了所提分离算法的理论公式，仿真结果表明该方法能够将随机性和周期性的主轴径向误差与工件圆度误差进行分离，分离结果较好。 （2）研究了多个传感器与检测参考面的对心问题，设计了多传感器的安装定位夹具；研究了标准工件与主轴的安装偏心问题，设计了标准工件安装偏心调整机构；基于编程软件开发了误差数据采集、数据处理及误差结果显示等功能模块。最后，基于液体静压主轴设计和搭建了一套高精度的主轴径向误差检测系统。 （3）标定了电容传感器在实际工况条件下的分辨率大小；研究了转速变化对主轴径向回转特性的影响关系；对比分析主轴在同转速下10次误差检测结果的差异，评定了实验系统的误差测量不确定度；对比分析使用本文所提误差分离算法分离出的标准球圆度误差与公称圆度误差的偏差大小，验证了分离算法的有效性。 （4）采用谐波分析的方法研究了工件安装偏心误差对主轴径向回转误差的影响关系。研究了主轴轴向误差与径向误差的相关性，通过研究发现，主轴发生轴向窜动会导致传感器采集的误差数据引入系统偏差，但偏差较小。 实验研究表明，主轴误差检测系统的测量不确定度在纳米级精度，分离出的标准球圆度误差与公称圆度误差十分接近，验证了测试方法的有效性。通过上述研究，最终获得了一套适用于精密主轴高精度径向误差检测与分离的理论和方法，为智能主轴以及其他依靠精密主轴工作的高端装备的研发提供设计理论和工程开发基础。 收起