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中国新技术新产品2018NO.11（上）

工业技术

机床主轴回转精度测试实验平台设计

韩德东

（哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150006）

摘：要本文首先利用双向测量法测量原理，通过A/D转换器、由计算机控制对主轴回转误差进行数据采集、预

处理与转换。以快速傅里叶变换为基础对回转误差信号进行功率谱分析，并提出以快速傅里叶变换和逆变换的方

法对一次偏心分量进行消除。该系统运用于ZHS-1型多功能转台主轴回转精度的实际测量，实现了主轴回转误差

的在线测量和实时分析处理。

关键词：回转误差；一次谐波；最小二乘；最小区域；傅立叶变换

中图分类号：TH133文献标志码：A

０概述能转子实验台作为测试系统的回转主轴模型，其特点是结构

紧凑、体积小、运转方便。采用滑动轴承设计，可以非接触

近年来主轴回转误差的检测一直在广泛而深入地进行，

地测量主轴的径向振动和轴向位移。采用直流电机驱动，转

并且取得了很大的成果。在外国，国际机械生产技术研究协

速0r/min~12000r/min。

会经过4年的工作，于1976年正式发表了“关于回转轴性能

如图1所示，主轴上有径向传感器和轴向传感器。径向

要求和误差测定的统一”文件；在国内，全国高校机械工程

传感器有4个，分别位于前后轴承附近的主轴径向截面上，

测试技术研究会、中国机械工程学会机械加工学会自1981年

°

每个截面上两个传感器互成90，这正符合测试系统的需要，

以来共召开了五次全国高精度回转轴系测试基本理论和应

因此可以将其直接应用到测试系统中，能够满足高速主轴回

用学术讨论，所讨论的问题在深度、广度上都达到了相当高

转精度测试的要求。

的水平。轴系回转精度测试方法包括模拟量测试法和数字量

测试法两种。模拟量测试方法简便、直观，但有些测试方法

精度不高。随着微机的普及，轴系回转精度的测试己由模拟

量测试法向数字量测试法发展，此方法具有较高的数据处理

精度，适用于对主轴回转精度的测试。虽然国内外已经对主

轴回转误差检测的方法进行了研究，但专门用于检测该精度

的试验装置还不够成熟，因此本文在前人研究的基础上，重

点对机床主轴回转精度测试试验平台进行设计。

１回转精度测量方法研究图1主轴回转精度测试实验平台

目前国际范围内适用于高速轴承的传感器主要有电涡流

１．１回转精度数学描述

式传感器、电容式的传感器、光电式传感器。针对本测试系统

机床回转主轴的误差由轴向和径向两个方向组成。轴向误的工作原理和结构特点，采用电涡流传感器进行主轴回转误

差由自由度引起，此误差容易消除。径向误差为4个自由度基础差位移量的测试，它不仅灵敏度高、线性范围宽，而且工作

上的误差，但可对其进行简化。当主轴运动时，主轴横截面内稳定可靠。传感器的位置对整个测试系统有较大的影响，通

任意一点的运动