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超精密花岗石空气主轴径向回转精度分析

关键词:花岗石

超精密花岗石空气主轴径向回转精度(以下简称主轴)可用作超精密加工机床或高精度计量仪器的主轴系统。由于气膜对轴系零件加工误差的平均作用,因而轴系装配后的回转精度可以高于零件精度。对主轴主要技术指标——主轴径向回转精度要求达到小于0.1μm。主轴采用先进的气体静压技术,径向轴承和双向止推轴承的各工作面均为静压气浮面,且经过严格的动平衡,因而实现了非接触的高精度回转,具有无振动、低噪音的特点。
这样高精度的指标,即使加工出来了,也难以测量出它的精度,因而给测量带来了极大的困难。通过几年的摸索、研究,终于用双向转位法测出了主轴径向回转精度(0.07μm)。现将测量方法介绍给读者。

测量精度分析

用双向测量法保留轴系一次直线谐和运动的消偏
轴系回转时,由于振动等动态因素或轴系的结构因素所造成的响应,其中有一次谐波的成份,这是轴系误差运动的组成部分,对轴系使用时的精度和性能是有影响的,因而是不该消除的,要区分不同性质的一次谐波,就得用双向测量法来测量轴系的回转误差,即传感器在间隔90°位置安装,从X与Y两个互相垂直的分量中来观察和判别,而采用单向测量法是无法进行判别的。

用平均值法减小偶然误差的影响
轴系回转时不可能没有误差,为了减小偶然误差的影响,测量时无论是反向前还是反向后都测3~5圈,然后取平均值。

用计算消偏法消除测量工具安装偏心所造成的安装误差
在测量轴系回转精度时,既使标准球调整得与轴系回转中心非常同心,但不可避免地还是存在不同心度,不同心度的偏摆被位移传感器接收,混入测量数值中,这是由于装调引起的,不是轴系的误差,必须在数据处理时予以消除,消除的原则是球安装不同心的偏摆量是一次谐波。因此用计算法消除一次谐波成份,也就消除了标准球安装位置不同的影响。

应用误差分离技术、EST、消除标准球不圆度的影响
在测量轴系的径向误差时,使用的是标准玻璃球作为工具球,因此测量数据中包含了工具球的不圆度,如果工具球的不圆度为轴系径向误差的三分之一以下,那么工具球的不圆度影响就可忽略不计。但是由于轴系回转精度的提高,已达到和标准球不圆度的数据相同甚至更高,很难制成精度更高的标准球。解决办法是采用误差分离技术,用适当的测量方法和数据处理方法,在测量数据中分离出消除工具球不圆度影响后的轴系径向误差。同时也可分离出消除轴系径向误差(主要是系统误差成份)影响的工具球不圆度。如果分离出的球不圆度和其它测量结果(如:圆度仪测量)基本相符,说明测量设备和测量方法是正确的、可靠的。按同样的测量原始数据分离出的轴系径向误差也是准确的。反之,就可以发现疑问,查找问题。我们从测量主轴的实例中可以看出,分离出的球的不圆度为0.057μm,和圆度仪测量的球不圆度0.05μm,基本相符,可以说我们的测量方法是正确可靠的,其轴系径向误差也是准确的。

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