[发明专利]成套回转装备主轴动态回转误差的测量装置与测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种精密机床或精密离心机等成套回转装备主轴动态回转误差的测量装置与测量方法，属于精密仪器制造及测量技术领域。

背景技术

作为精密机床、精密转台以及精密离心机等成套装备的核心部分，主轴的回转误差测量很大程度上影响着精密零部件的加工精度以及惯性仪表的标校精度。尤其在精密机械加工领域，机床热变形、结构误差、主轴回转误差、环境振动等众多因素均是影响机械零件加工误差的因素。随着机床的加工精度达到亚微米甚至纳米量级，主轴回转误差引起的零件加工误差将成为制约精密机械加工精度的主要影响因素。相关试验表明精密车削加工的零件圆度误差约有30％～70％是由车床的主轴回转误差引起的，而且机床的精度越高，其主轴回转误差在各种加工误差源中所占的比例越大。

在目前的主轴回转误差测量原理及技术手段不能从根本上改变的情况下，回转误差测量要以主轴外轮廓或附加标准球作为测量基准面，这样就不可避免会混入主轴外轮廓的圆度误差或附加标准球的安装偏心等误差源，因此主轴回转误差测量的关键在于误差分离技术。

目前，主轴回转误差和圆度误差分离方法主要有反转法、多步法以及多测头法。相关研究表明虽然三种方法各有优缺点，但只要合理设计参数，三种方法都能达到纳米级测量精度，但工程实现难度极大，而且这么高的测量精度目前主要是针对机械零部件的圆度误差和回转误差分离。针对机床或精密离心机等成套装备的动态回转误差在线测量，其重要性亦为重要：对于精密机床，其动态回转误差更能反映真实工况下的加工精度，通过回转误差的在线精密测量，可以预测机床在理想加工条件下所能达到的最小形状误差和粗糙度，亦可用于机床加工精度的补偿控制，实现更高一级精度的加工；对于高精度精密离心机，其负载工况下的主轴动态回转误差测量结果将作为补偿量用以提高输出加速度的精准度。目前多点法可以实现成套装备的主轴动态回转误差在线实时测量，但测量原理和测量系统相对复杂；反转法和多步法主要用于对机械零件的圆度误差检测，很难对成套回转装备的主轴动态回转误差进行实时测量。

目前公知的基于多点法误差分离技术的主轴回转运动误差测量方法主要有基于频域和时域两种，这些方法均能实现精密机床等成套装备的主轴动态回转误差在线测量。相关文献可参考中国专利：一种改进型三点法回转误差、圆度误差计算方法，专利申请号：201310285596.X；一种主轴径向回转精度在线监测装置，专利申请号：201110343296.3；等等。多点法误差分离专利较多，在此不一一列举，归纳起来多点法的缺点是测量原理复杂，传感器安装误差和多个传感器之间的灵敏度差异也将会引入较大的测量误差。反转法和多步测量法方面，目前公知的技术或应用主要针对机械零部件的圆度误差测量。中国国内专利：单转位圆度误差分离方法，专利申请号：200510002287.2，通过对多步法进行改进实现了工件的圆度误差高精度测量；一种基于反向和多传感器法结合的高精度圆度检测方法，专利申请号：201110049087.8，通过制作两个具有相同形状误差的转盘，并借助于圆度仪，基于反向法和多侧头法实现了工件的圆度误差高精度测量；基于双测头扫描数据拼接的工件转台误差分离的测量装置及方法，专利申请号：201110414841.3，采用双测头扫描数据拼接方法，有效分离去除工件转台的运动误差对测量结果的影响，提高了圆度误差分离精度。国外文献有通过严格控制测量条件，对反转法进行改进的方法，通过借助于高精度定位转台，实现了工件的纳米级圆度误差测量精度。虽然以上反转法、改进反转法、多步法等的优点是测量简单、精度高，但还是通过借助于高精度定位转台用于工件的圆度误差测量，很难直接用于机床等成套回转装备的主轴动态回转误差测量。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于改进反转法的成套回转装备主轴动态回转误差的测量装置与测量方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：