氣靜壓主軸旋轉(zhuǎn)精度量測(cè)方法

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1、中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)第二十四屆全國(guó)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集中原大學(xué)桃園、中壢中華民國(guó)九十六年十一月二十三日、二十四日論文編號(hào)：D12-0038氣靜壓主軸旋轉(zhuǎn)精度量測(cè)方法112113331李志鴻、康淵、朱明輝、李興漢、張永鵬、石世雄、黃仁明、康乃勤、李俊昱1中原大學(xué)機(jī)械學(xué)系2東南科技大學(xué)機(jī)電科技學(xué)系3中山科學(xué)研究院摘要隨後的研究者係以幾何的概念來(lái)量測(cè)工具機(jī)主本文以空氣靜壓主軸作為研究對(duì)象，綜述主軸旋軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的徑向、軸向及傾角誤差[15~16]，1989轉(zhuǎn)誤差測(cè)量理論和測(cè)量方法，介紹主軸旋轉(zhuǎn)誤差測(cè)試年以後，由於數(shù)值控制工具機(jī)及自動(dòng)化量測(cè)機(jī)臺(tái)的量系統(tǒng)的測(cè)量原理，通過(guò)對(duì)兩

2、點(diǎn)法誤差分離技術(shù)實(shí)施測(cè)產(chǎn)1，研究者的焦點(diǎn)便移轉(zhuǎn)到旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差的線上及試及研究，尋求方便且準(zhǔn)確的計(jì)算方法，適用於高速自動(dòng)檢測(cè)[17]。及高精度主軸，以提供主軸線上靜態(tài)及動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)精度2.理論分析量測(cè)，基於此目的，以虛擬儀器技術(shù)，開(kāi)發(fā)人機(jī)介面圖控軟體，撰寫訊號(hào)擷取程式，配合測(cè)量方法的理論2.1旋轉(zhuǎn)主軸運(yùn)動(dòng)誤差的分類原理，建置實(shí)驗(yàn)硬體設(shè)備及流程，發(fā)展?jié)M足主軸旋轉(zhuǎn)在主軸部件中，由於存在主軸軸頸的圓度誤精度的即時(shí)數(shù)據(jù)採(cǎi)集系統(tǒng)，同時(shí)為鑑別主軸固有特差，軸承本身的變形誤差，軸承之間的同軸度誤差，徵，設(shè)計(jì)主軸動(dòng)柔度測(cè)試系統(tǒng)，用於本文之主軸動(dòng)柔主軸和軸承端面對(duì)軸線的垂直度誤

3、差等原因，主軸在度實(shí)驗(yàn)研究。每一個(gè)瞬間旋轉(zhuǎn)軸線的空間位置都是變動(dòng)的，也就是關(guān)鍵字:空氣主軸、誤差分離、精度量測(cè)、虛擬儀器、存在旋轉(zhuǎn)誤差。動(dòng)柔度。CIRP於1976年發(fā)表的統(tǒng)一文件中，對(duì)誤差運(yùn)動(dòng)的涵義及分類作了以下的說(shuō)明。1.前言主軸的旋轉(zhuǎn)誤差運(yùn)動(dòng)可以分解為三種基本運(yùn)隨著高速機(jī)床的引進(jìn)，機(jī)械加工已朝超精密技術(shù)動(dòng)：純徑向運(yùn)動(dòng)、純軸向運(yùn)動(dòng)和純角度擺動(dòng)，其中純發(fā)展，檢測(cè)精度也朝向微米級(jí)甚至奈米級(jí)邁進(jìn)，檢測(cè)徑向運(yùn)動(dòng)與純角度擺動(dòng)合成為徑向跳動(dòng)；純軸向運(yùn)動(dòng)方式亦從靜態(tài)測(cè)量進(jìn)展到動(dòng)態(tài)高轉(zhuǎn)速的線上自動(dòng)化與純角度擺動(dòng)合成為端面運(yùn)動(dòng)。檢測(cè)。理想主軸旋轉(zhuǎn)軸線在空間的位置是固定不

4、變由於軸承及結(jié)構(gòu)的變形，動(dòng)態(tài)外力作用，使加工的。然而由於各種誤差的存在，主軸旋轉(zhuǎn)軸線的位置工件與刀具之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生偏差，其中最主要的偏是隨時(shí)變動(dòng)的。所以，主軸旋轉(zhuǎn)精度有下列相關(guān)的基差為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差[1]，對(duì)於此項(xiàng)動(dòng)態(tài)誤差的理論研本概念究，起源於1956年F.J.Ellert對(duì)機(jī)器回饋控制系統(tǒng)的探(1)理想旋轉(zhuǎn)中心：主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，其任一截面上討[2]，此後的研究發(fā)展，係藉由測(cè)量旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)徑向誤唯一速度為零的點(diǎn)；差為參數(shù)的回饋控制，來(lái)改善工具機(jī)的加工精度。(2)理想旋轉(zhuǎn)軸線：理想旋轉(zhuǎn)中心的連線；旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)徑向誤差的量測(cè)訊號(hào)，包含旋轉(zhuǎn)體的形(3)瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心：主軸

5、在實(shí)際旋轉(zhuǎn)中，存在著狀誤差與旋轉(zhuǎn)軸的裝配誤差與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差，如何有一個(gè)其位置任意變化的旋轉(zhuǎn)中心；效分離三者誤差成為研究的重點(diǎn)，至今提出有反向法(4)瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)軸線：各截面瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心連線；[3]、多步法[4]、三點(diǎn)法[5~6]、四點(diǎn)法[7]及混合以上(5)平均旋轉(zhuǎn)軸線：主軸在一轉(zhuǎn)或數(shù)轉(zhuǎn)內(nèi)諸多瞬方法之混合法[8]，其中以三點(diǎn)法最常被採(cǎi)用。對(duì)於形時(shí)旋轉(zhuǎn)軸線的平均軸線。狀誤差的評(píng)定方法有最小區(qū)域法[9]與最小平方法旋轉(zhuǎn)中心是在某一時(shí)間內(nèi)對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)[10]，其中以最小平方法最常被採(cǎi)用。進(jìn)行平均計(jì)算的結(jié)果，因此旋轉(zhuǎn)中心在軸上的位置並國(guó)際間關(guān)於主軸旋轉(zhuǎn)誤差有許

6、多規(guī)範(fàn)，1967年美非唯一固定不變，而是與被觀測(cè)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)信號(hào)的樣國(guó)J.B.Bryan對(duì)於旋轉(zhuǎn)軸的定義及測(cè)試，提制定統(tǒng)一本長(zhǎng)度密切相關(guān)。旋轉(zhuǎn)軸的誤差運(yùn)動(dòng)週期性越強(qiáng)，旋且明確的定義及公式[11]。1972年美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)轉(zhuǎn)中心在軸上的位置誤差變動(dòng)越小。(AmericanNationalStandardsInstitute)頒布旋轉(zhuǎn)軸的主軸上任一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，都可以分解為隨同一截面統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，1975年多國(guó)翻成譯本[12]。1985年美國(guó)國(guó)內(nèi)主軸實(shí)際旋轉(zhuǎn)軸線對(duì)平均旋轉(zhuǎn)軸線的運(yùn)動(dòng)，和該點(diǎn)家標(biāo)準(zhǔn)(ANSI/ASMEB89.3.4M)制定旋轉(zhuǎn)軸測(cè)試的說(shuō)對(duì)實(shí)際旋轉(zhuǎn)軸線的

7、相對(duì)運(yùn)動(dòng)。實(shí)際旋轉(zhuǎn)軸線對(duì)平均旋明與方法[13]，1996年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)以幾何精度轉(zhuǎn)軸線的位移運(yùn)動(dòng)改變了刀具和工件之間的相對(duì)位的概念，對(duì)工具機(jī)在無(wú)負(fù)荷下的操作狀態(tài)，訂定統(tǒng)一置，影響了加工後的幾何精度。切削點(diǎn)對(duì)於實(shí)際旋轉(zhuǎn)的標(biāo)準(zhǔn)[14]。CSME-4185中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)第二十四屆全國(guó)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集中原大學(xué)桃園、中壢中華民國(guó)九十六年十一月二十三日、二十四日論文編號(hào)：D12-0038軸線的位移運(yùn)動(dòng)影響了被加工表面的粗糙度。主軸實(shí)可表示為際旋轉(zhuǎn)軸線對(duì)平均旋轉(zhuǎn)軸線的誤差運(yùn)動(dòng)則稱為主軸f(e,α)=Max.{r(e,α)}(3)o旋轉(zhuǎn)軸線的誤差運(yùn)動(dòng)，於是得

8、到旋轉(zhuǎn)誤差的定義：主2.4.3最大內(nèi)切圓(MaximumInscribedCir