《数控机床概论》实验精品.ppt

《数控装备设计》实验指导书 适用专业:机械设计制造及其自动化、机械电子工程 课程代码: 6003419 学时: 4 学时: 编写单位: 机械工程与自动化学院 编 写 人: 陈 鹏 一、实验目的和任务 1.初步掌握主轴回转精度的测量原理和方法。 2.了解实验数据的处理方法和主轴回转误差的评定方法。 3.作出车床主轴回转运动误差图象，评定主轴回转精度的高低。 二、实验仪器、设备及材料 1.百分表。 2.磁力表座。 3. OD9000涡流位移传感器。 4. NJK-5002霍尔传感器。 5. MP420 USB数据采集板。 6. 2通道信号调理板。 7. 基准球。 8. 计算机（数据处理）。 9. C2-6136HK 三、实验原理 1.主轴回转精度基本概念 机床主轴回转精度是反映主轴回转时轴心线在空间所产生的运动误差。 如果该项误差为零，意味着主轴回转时能使轴心线保持稳定不动，显然，对于车床来说，主轴若能达到这种状态就能够车削加工出理想的圆截面形状。但实际上由于主轴轴承滚珠、滚道存在形状误差，以及主轴装配在轴承中所出现的装配调整误差，主轴轴系在回转时的轴心线必然会出现或多或少的微小晃动，从而构成了主轴回转的误差。由于该误差不可避免，加工过程中，将使工件截面轮廓出现形状误差，如椭圆度、棱圆度、波纹度等。 2.主轴回转精度测试方法 主轴回转精度测试方法有：静态测试法、动态测试法和在线误差补偿检测法。 静态测试法是在机床主轴处于静止不动的状态下测出的主轴回转精度；动态测试法则是在主轴处于旋转状态下，动态的测试出主轴回转精度；在线误差补偿检测法是在机床主轴处于切削状态下，将检测的结果直接用于控制切削补偿量，以提高机床加工的精度。其中在线误差补偿检测法最为复杂，为了分离测量断面的形状误差和主轴的运动误差，需要安装多个传感器，故此方法很少在现场检测时采用，往往集成到机床内部作为系统闭环控制的反馈检测环节使用。 静态测量法虽然简单可行，但是不能反映主轴在工作转速下的回转误差，也不能把性质不同的误差分开，所以现在已经很少使用。 动态测试法则是比较折中的方法。它往往采用一个基准球作为测试基准，可以忽略测试断面的形状误差而只需测量系统的运动误差，通过安装一个到两个传感器，就可以得到机床主轴的回转精度，以方便进行机床性能评估和加工误差的预测。 3.机床主轴回转精度动态测试法分析 实际测量中，较常用的动态测量法有双向测量法和单向测量法。主轴回转精度的测量，分为工件回转型和刀具回转型两种，相应的机床有车床类和镗床类。车床类与镗床类机床的主轴回转精度对工件加工精度的影响是不同的。 车床类机床在加工时工件与主轴固连并随主轴同步转动，刀具的横向位置固定不变。在某一瞬时，主轴回转的径向误差△(t)(图1-1中的OO1)可以分解为△(t)y和△(t)Z。由图1-1中可以看出，在刀尖处沿被加工表面理论轮廓法线方向的位移分量△(t)y使工件半径产生同样大小的变化(工件相当于处在A的位置，理想加工半径ro，实际加工半径rl，加工误差ro—rl=△(t)y；而沿被加工表面切线方向的位移分量△(t)Z对工件半径影响很小(工件相当于处在B的位置，加工半径r2，加工误差r2一r。=△(t)Z 2/2ro)。 因此，称被加工表面理论轮廓上瞬时切削点的法线方向y为误差敏感方向。为了分析研究主轴回转误差对工件加工精度的影响，应在误差敏感方向上测量位移分量△(t)y，这样才能正确评定主轴回转精度。车床类机床在加 工过程中误差敏感方向固定不变(称固定型误差敏感方向)，又称单方向测量。而镗床类机床 (如钻床、铣床、加工中心机床等)在加工工件时，工件不回转，刀具与主轴固连并随主轴同步回转，误差敏感方向随刀具位置不同而变化，称为回转型误差敏感方向。此时主轴回转精度的测量必须在两个互相垂直的方向上同时进行，又称双向测量。 主轴回转精度用主轴回转轴线运动误差在误差敏感方向上的误差值的大小评定。误差越小，精度越高。 本实验采用单向测量法。系统由标准球及相应的夹持机构夹具、精密涡流位移传感器、调理电路板、数据采集卡和计算机等几大部分组成。精密涡流位移传感器拾取机床主轴回转跳动信号，采集到的跳动信号经过调理电路放大、滤波，再送给数据采集板进行A/D转换和USB数据传输处理，最后传输给计算机，用圆图象来表示回转运动误差。系统结构如图1-2所示。 4.数据处理 数据处理过程中，为体现机床主轴回转误差对工件的直接影响，常将误差敏感方向测量的误差曲线叠加在一个基圆上，形成圆图像来表达测量结果，这种图像的外缘轮廓与工件的外缘轮廓很近似（如图