实训三 机床主轴的回转误差运动测试
1. 实验目的
加工高精度的机械零件,对机床主轴的回转精度有非常高的要求。测量机床主轴的误差运动可以了解机床主轴的回转状态,分析误差产生的原因。通过机床主轴回转误差运动测试,要求学生:
(1) 了解机床的主轴回转误差运动的测试方法。
(2) 熟悉传感器的基本工作原理。
(3) 掌握传感器的选用原则及测试系统的基本组成。
(4) 熟悉并掌握仪器的基本操作方法。
(5) 基本掌握数据处理与图像分析方法。
2.实验原理
本实验使用两种方法进行误差运动测试:
(1) 带机械消偏的单向法直角座标显示的误差运动测试,见本实验的背景材料中的图1-9。
(2) 电气消偏单向法圆图像显示的回转轴误差运动测试,见本实验的背景材料中的图1-13。
3.实验对象
以C6140普通车床的回转主轴为研究对象,测试其在回转情况下的误差运动。根据测试数据,用图像分析方法表示误差运动,分析误差运动产生的原因。
4.主要实验仪器和设备
(1) C6140普通车床
(2) 回转精度测试仪
(3) 涡流测振仪
(4) 信号发生器
(5) 双踪示波器
(6) 数字式万用表
(7) 可调偏心的测量装置
5.实验步骤
1.1.1 5.1 带机械消偏的单向法直角座标显示的回转轴误差运动测试
(1) 按照仪器的操作说明,熟悉系统所用各仪器控制面板上的旋钮、按键的作用及操作方法;
(2) 按照原理框图正确地将系统中各仪器的信号线连通;
(3) 调整标准盘1(作为补偿信号) 和标准盘2(作为误差的测量信号) 的偏心量,标准盘2的偏心量e2应尽可能小,仅稍大于被测量轴回转误差值,以保证得到信号即可,偏心量一般调整到0.03mm~0.05mm;标准盘1的偏心量e1应尽可能调大,大到使被测量轴回转误差值相对于偏心量可以忽略不计,及得到一个接近于纯偏心信号的光滑曲线,但因受涡流传感器工作间隙的限制,偏心量无法无限制地加大,一般调到0.40mm~0.60mm即可,并使e1和e2相差180o ;
(4) 经指导老师检查系统连接正确后,接通电源预热仪器;
(5) 按测振仪使用要求调整好涡流传感器的工作间隙;
(6) 调整好机床转速,启动机床;
(7) 调整测振仪灵敏度,使之满足下面的关系式:e 1.k 1传感.k 1测振仪= e2.k 2传感.k 2测振仪
(8) 将满足以上关系式的两路输出信号经加法器(借用回转精度测试仪后面板上的加法器,此时应将总接口插板抽出) 相加,在示波器上得到误差曲线,曲线上最高点与最低点的高度差即为圆度误差的相对值,曲线最大的垂直度即为粗糙度的相对值;
(9) 标定,方法为:用正弦信号发生器输出一标准正弦信号,使其幅值为测振仪当前档位(如30um 档)的满量程输出的电压值,将该正弦信号送入加法器输入端,在示波器上得到一幅值为A mm 的正弦信号,则该测量系统的标定系数为30um/Amm ;
(10) 求出绝对误差=相对误差(mm)×30um/Amm ;
(11) 停机床、关仪器,并拆除仪器的所有连接线,整理现场。
1.1.2 5.2 电气消偏单向法圆图像显示的回转轴误差运动测试
(1) 按照仪器的操作说明,熟悉系统所用各仪器控制面板上的旋钮、按键的作用及操作方法;
(2) 按原理框图正确连接好系统,仅用误差测量信号(即标准盘2的信号),并将回转精度测试仪的总接口板插入插座中;
(3) 经指导老师检查连线无误后,接通电源预热仪器;
(4) 调整好机床转速,启动机床;
(5) 调整基圆:
(6) 回转精度测试仪产生基圆的原理:将测振仪的输出信号接入回转精度测试仪的S 输入端,由带通III 从该信号选出与主轴同频的一次谐波,为了消除机床振动所引起的一次谐波的幅值变化对基圆的影响,用限幅放大器对一次谐波进行限幅,再用带通I 选出稳定的一次谐波,然后将一次谐波分为两路,一路经移相器B 移相90o ,另一路不移相,将两路信号送示波器垂直输入端(Y 端)和水平输入端(X 端)叠加而产生基圆。
(7) 基圆的调整:首先根据机床转速n 确定带通III 和带通I 所要通过的一次谐波的频率。
(8) 调节带通III 的频率粗调开关,使一次谐波的频率包括在开关所指的频率范围内,如机床n=900转/分,则频率f=900/60=15Hz,粗调开关置在30位置。调整频率微调电位器,直到示波器上出现的正弦信号的幅值为最大(将带通III 的输出端与示波器的Y 端相连)。带通I 的调整与带通III 相同。
(9) 将示波器的X 、Y 端分别接回转精度测试仪的X 、Y 输出端,调节移相器B 的移相旋钮,使输出输入端相差90o (在示波器上得到一正椭圆图形),再调整增益电位器改变其幅值,在示波器上得到一个真圆,这个圆就是基圆。
(注意:调整基圆时一定将移相器A 的增益关断)
(10) 测量,将测振仪的输出信号同时接到回转精度测试仪的R 输入端,调节移相器A 的移相旋钮和增益电位器,使相位与R 端信号相差180o ,幅值等于R 端信号基波的幅值,两者经加法器3相加,达到消偏的目的。将已消偏的纯误差信号叠加到基圆上(由仪器内部完成),在示波器上得到的图形即为误差圆图像;
(11) 将所得到的圆图像用最小二乘方圆进行处理得到圆度误差的相对值(实际操作是用一同心圆模板来套曲线,这时有一内接圆和一外接圆,两圆的半径差即为误差值,但应注意这样的两同心圆与误差的接触形态应满足最小条件——即同心圆的内、外接圆至少应各有二点与曲线接触,且内外圆节点应该是相同的。)曲线以图面中心为基准所得到的最大宽度即为粗糙度的相对值;
(12) 标定:保持基圆的状态不变(去掉R 端信号,关断移相器A 的增益电位器),将一标准正弦信号输入R 端,该信号幅值等于测振仪当前档位(如30um 档)满量程的输出电压值,这时示波器上获得一花瓣图形,调整标定信号频率使花瓣图形稳定,则花瓣的高度A(mm)代表的就是测振仪的满量程值30um ,即标定系数为30um/Amm;
(13) 求出绝对误差=相对误差(mm)×30um/A(mm);
(14) 停机床、关仪器,并拆除仪器的所有连接线,整理现场。
6.实验报告
实验报告要包括以下内容:
(1) 实验目的和意义
(1) 实验原理和方法
(2) 实验仪器及设备、耗材
(3) 实验方案(实验方案设计、实验手段,操作步骤)
(4) 实验原始记录(实验数据记录、现象记录、实验过程发现的问题)
(5) 实验数据结果
(6) 实验数据分析
a) 实验数据图表处理
b) 实验结果分析
c) 实验中出现问题的分析
d) 实验误差分析及其改进对策
e) 分析误差运动产生的原因
7.预习思考题
(1) 测量传感器应该选择什么类型的传感器,为什么?传感器如何正确安装?
(2) 标准圆盘1和2如何调整,应注意什么?
(3) 图1-13(见机床主轴误差运动测试背景材料)中带通I 、带通II 、限幅器、移相器A 、移相器B 和乘法器的作用是什么?
(4) 如何得到回转轴误差运动的真实值?如何标定,标定中应注意什么?
(5) 如何用最小二乘方园对获得的圆图像进行处理?
(6) 如果传感器安装时,没有完全垂直机床主轴,测试结果和上述结果有什么不同,为什么?