Model of Rotation Accuracy of High-Speed Spindles on Ball Bearings

For the purpose to improve a design quality of high-speed spindle units, we have developed mathematical models and software to simulate a rotation accuracy of spindles running on ball bearings. In order to better understand the mechanics of ball bearings, the dynamic interaction of ball bearings and spindle unit, and the influence of the bearing imperfections on the spindle rotation accuracy, we have carried out computer aided analysis and experimental studies. When doing this, we have found that the spindle rotation accuracy can vary drastically with rotational speed. The influence of bearing preload has a secondary importance. Comparison of the results of these studies has demonstrated adequacy of the models developed to the real spindle units.

SL50型数控车床主轴回转精度的可靠度研究

通过以SL50型数控车床的主轴组件为例,深入分析了产生主轴回转误差运动的原因,提出该数控车床主轴轴承的预紧力界定范围。对该数控车床主轴轴承磨损情况做了可靠性统计分析,建立了主轴回转精度寿命的可靠度模型,主轴轴承磨损量与其工作小时数几乎成线性关系。在该数控车床工作15000小时和20000小时后,分别检测了主轴径向跳动的误差、主轴轴向窜动误差和卡盘端面跳动误差,对主轴回转精度的下降情况做了统计分析,并进行了回转精度可靠度计算。

基于肤面模型的精密主轴回转精度分析

主轴是典型的多轴承转子系统,由于其结构中广泛存在的并行连接关系,以及轴承误差和零部件误差的相互耦合,导致对主轴进行精度分析十分困难。针对此问题,提出一种主轴的回转精度分析方法。首先使用小位移旋量理论和肤面模型方法对零件的形位公差和轴承回转轨迹进行建模,构建了零部件的全公差模型。其次,分析了主轴结构中存在的完全并行连接关系,提出了基于优化方法求解零部件误差传递的主轴回转精度计算方法。最后,使用所提出的方法对某型磨削主轴进行了公差分析和敏感度计算,结果表明,该方法能够较好地分析主轴的回转精度,并通过改进公差设计将精度合格率从74.3%提升至88.2%,有效地提高了主轴的公差设计水平。

轴颈形状误差对液体静压主轴回转精度的影响

液体静压主轴是精密、超精密机床的核心功能部件,已在工程领域广泛应用,但轴颈形状误差作为静压主轴形成回转误差的主要因素,其对回转误差的定量影响规律并不明确。通过分析和简化主轴轴颈的形状误差特征,运用CFD动网格技术定量计算了形状误差作用下主轴在轴承油膜中的平衡位置,模拟了主轴旋转时轴颈形状误差凹、凸部位依次通过最小油膜厚度位置的轴心轨迹,发现了轴颈圆度误差使主轴形成回转误差,其大小与轴颈圆度频次和幅值有关,揭示出轴颈圆度误差对液体静压主轴回转精度的作用机制。通过对比理论计算和试验测试轴颈圆度误差作用下的回转精度,理论计算值约为试验测试值的75.2%。理论计算结果和所提出的研究方法具有重要的理论意义和工程参考价值。

数控车床主轴热变形检测及回转精度评定

针对主轴回转热误差包含的多种误差分量,采用双向正交法测量了不同转速温度场下数控车床主轴热变形所引起的回转误差。以复向量描述主轴回转精度理论为基础,利用FFT误差分离方法,从传感器测得的信号中分离并去除检棒的安装偏心及热变形导致的回转中心的偏移量,从而得到精确的主轴回转热误差信息,进而评定数控机床主轴热变形对加工精度的影响。

主轴回转精度测量方法

首先介绍了各种机床主轴回转精度测量方法及其原理,包括单点法、双点法、三点法、虚拟仪器法、CCD法和轴向窜动误差的测量;然后介绍了测量数据的处理和误差分析方法,指出各种测量方法的特点,并总结了各种测量方法的一般性选择原则。

基于最小二乘法的电主轴回转精度评价

以应用于五轴加工中心上的高速电主轴为研究对象,研究基于最小二乘法的电主轴回转精度评价。首先建立电主轴回转误差模型,对电主轴的常量信号、偏心信号等相关信号进行研究和分离。针对电主轴回转精度的最小二乘法评定方法,分析对比了最小二乘牛顿迭代算法、最小二乘近似算法和平均值算法。基于标准球、高精密电容位移传感器等组成的测量系统,采集电主轴高速转动下的径向跳动信号,并分别采用3种算法对信号进行处理与分析,验证了3种算法的有效性。最后在分析对比3种算法结果后,设计了不同应用背景下的电主轴回转精度评价策略,并提出了一种兼顾计算精度和计算效率的电主轴回转精度快速评价算法。

主轴回转精度测试方法研究

回转精度是衡量超精密主轴的关键技术指标。传统的回转精度测试方法存在不足,如单点法和2点法不能实现误差分离;多步法需要进行多次精确转位,不利于在线测量;传统3点法可实现误差分离,但存在原理误差,不能分离主轴回转误差中的一次成分等。文中提出了一种工程测试3点法,该方法采用3个传感器在被测件上严格定点采样;利用3点法圆度误差分离技术分离出被测件圆度误差,利用2点法偏心误差分离技术分离出测试系统偏心误差;从实时采样数据中剔除被测件圆度误差及偏心误差,实现主轴回转误差在线测量及状态监测。揭示了单周采样点数、传感器安装角、偏心误差、传感器误差及角位置误差等因素对3点法测试精度的影响规律,对工程测试3点法的参数选择及形状失真进行了综合分析和优化。试验结果表明:文中所提方法有效。

主轴回转精度的综合建模及仿真分析方法

机床主轴的回转精度是一项重要的精度指标,其影响因素多,作用规律复杂。根据主轴系统的结构特点,建立了一个主轴回转误差的综合模型,可以分析各项源误差对主轴回转精度的作用规律及叠加效应。以车床主轴为例,介绍了主轴回转误差的建模及分析方法,并通过软件编程实现了主轴回转中心轨迹的可视化。

形状误差对气体静压主轴回转精度的影响

为评价形状误差对气体静压主轴动态回转精度的影响,建立了考虑转子形状误差的小孔节流气体静压主轴模型并构建了实验平台。采用雷诺方程分析转子形状误差对主轴回转精度的影响过程,使用圆柱度仪测量转子的形状误差数据并进行分析处理,使用主轴误差分析仪检测气体静压主轴的动态回转精度,将两者的数据进行统计学分析。结果表明:利用转子圆柱度误差能较好地预测主轴回转精度,但采用转子半径波动标准差指标的效果更好。该研究对主轴在设计和加工时的误差控制有一定参考意义。

高速电主轴单元动态性能试验平台的研发

高速电主轴作为高速机床的核心部件,其动态性能影响着机床的加工精度。为充分了解电主轴单元运转过程中的动态性能及其对主轴加工精度的影响,开发了一套电主轴单元动态性能试验平台。利用该试验平台和LMS数据采集系统,对HMC80加工中心电主轴单元的回转精度、振动、温升进行空载在线实时监测,为高速电主轴单元的动态性能研究和制造安装提供可靠的实验数据参考。

定向装配法在精密主轴装配中的应用

定向装配法是提高精密机床主轴装配精度的有效方法之一。分析了装配过程中主轴前后轴承误差对机床主轴精度的影响,介绍了定向装配方法的原理及实现方法,将这一方法运用在某高精度主轴装配中,取得了较好的效果。

一种气体静压主轴回转精度测试平台的设计

对精密、超精密气体静压主轴回转精度测试现状进行概述。介绍自主设计的一种气体静压主轴回转精度测试平台,该平台主要包括测试平板、调心组件、柔性联轴器、位移传感器、标准球和电机等,并说明测试平台的组成、结构设计及测试实例。设计的气体静压主轴回转精度测试平台,为解决不带驱动及编码器精密、超精密主轴的回转精度测试提供了参考。

磁浮主轴回转精度的测试

磁浮主轴与一般主轴相比 ,其转速高 ,某些特殊用途的磁浮主轴还必须具有极高的回转精度。本文针对磁浮主轴的特点 ,以复数型频率分析的回转精度的理论为基础 ,设计了五自由度磁浮主轴回转精度的测试系统。硬件电路采用了锁相倍频技术 ,采集的数据用复序列FFT进行处理 。

一种拨叉式柔性连接机构

介绍了一种在气浮主轴与伺服电动机之间使用的拨叉式柔性连接机构,其采用弹性联轴器和软拨爪两级柔性环节。此结构只传递扭矩不传递偏移力,消除了电动机力对主轴回转精度的影响,并通过实验验证,此种拨叉机构和伺服电动机组合驱动可实现微米级平面度和纳米级粗糙度的加工。采用此种连接机构,降低了电动机的回转精度要求和同轴度安装要求,提高了电动机驱动气浮主轴的回转精度,相对于力矩电动机驱动形式,其结构简单,拆装方便。

机床主轴回转精度计算机辅助测试系统

文章构建了机床主轴回转精度计算机辅助测试系统。该系统较传统测量系统具有测量精度高、在线与实时测量、数据处理能力强。

高速电主轴回转精度测试技术探讨

利用电涡流传感器及位移信号采集系统对传感器的数据同步采集,并同时将位移信号转化为模拟的电压信号;模拟的电压信号通过A/D转化为数字信号,经数据LMS信号采集系统传给计算机,计算机通过Test.Lab Signature软件,对数据进行分析处理,对于研究高速电主轴的回转精度进行了测试技术方面的探讨,希望对电主轴的研究有一定的借鉴作用。

融合机床加工特性的主轴回转误差预测

针对机械制造装备主轴精度补偿问题,研究一种融合机床精度和加工参数的主轴回转精度预测方法。为获取主轴回转精度指标,研究基于多点测量的主轴实际回转位置测量方法,利用最小二乘法求解主轴端面跳动的最大圆、最小圆和最优圆,进一步得到端面圆度的极大误差和极小误差。建立BP神经网络模型,融合机床精度因素、加工精度因素获得输入指标,将极大误差、极小误差和其余实测指标作为输出指标,训练神经网络,获得网络权值。验证机床主轴回转预测精度,实验结果表明:已训练的网络预测偏差为0.5%。考虑机床本体精度和加工参数的误差预测结果可指导工程技术人员进行机床选型,根据不同加工要求选择最优加工方式,提高加工质量。

车床主轴旋转精度测量系统设计

车床主轴的旋转精度是衡量车床加工性能的一个重要因素。一是车床的主轴旋转精度会很大地影响车床的加工精度;二是随着数控车床的普及,要求对机床的回转精度进行实时测量、实时误差补偿。研究车床主轴旋转精度的测量方法,设计非接触式测量系统来实现机床主轴旋转精度的动态测量,并根据所采集信号初步估计车床主轴的运动情况,具有一定的理论依据及实际应用意义。

主轴回转精度微机测量系统及误差数据处理分析

介绍了一种主轴回转微机测量系统。系统由传感器输出模拟信号，按一定要求进行采样，量化而得到一组数字信号，然后将采集的数字信号输入微型机系统进行处理和误差数据运算。