齿轮误差的频谱表示

本文是继《应用轴系扭振测量齿轮的啮合精度》之后的又一篇论述齿轮运动误差的研究报告。作者采用测量齿轮运动误差频谱的方法,将偏心与安装倾斜产生的误差作为低次误差分量,将由压力角误差产生的误差分量作为高次分量,分别加以测量,并进行了研究,得出了相应的结论。     

激光外差干涉的非线性误差补偿

为了补偿用激光外差干涉法进行纳米测量产生的非线性误差,进行了非线性误差补偿的实验研究。根据镀膜实体角锥棱镜反射光的偏振特性,推导出当激光器出射光束存在偏振椭圆化时,测量角锥棱镜以运动方向为轴线的轴向旋转对非线性误差一次谐波的影响模型。分析表明,测量角锥棱镜以其运动方向为轴线的轴向旋转会减小非线性误差一次谐波。实验显示,当测量角锥棱镜轴向旋转角从0°增加到100°时,非线性误差从3.48 nm减小到1.39 nm,实现了非线性误差一次谐波减小为原来的40%。该方法避免了现有的非线性误差补偿方法光路系统和电路系统复杂的缺点,系统实现很简单。     

机床主轴回转精度测试中的一次分量及其处理

本文提出一次分量中主轴的一次误差运动应当分为“一次圆误差运动”和“一次直线误差运动”二类。通过理论分析及传感器的改进，可消除一次分量而不影响测量精度。     

转台运动误差分离与角度优化技术研究

为了解决测量转台运动误差时存在的多种误差耦合问题,提出了一种基于多点法的运动误差分离方法。首先,通过分析转台在回转过程中多自由度误差的运动特性,提出了一种端面四点误差分离方法,在分离出测量盘下表面的平面度误差的同时,可完成倾斜误差和轴向误差的解耦。然后,建立了该方法的误差传递函数,采用麻雀算法(SSA)进行优化,寻找不同阶次下受谐波抑制影响最小的最优布置角,提高了误差解耦精度。最后,通过仿真与实验的方式对该方法进行验证。仿真结果表明,端面四点误差分离方法对轴向、倾斜误差的分离精度(相对误差)分别为1.934%和9.177%。实验结果表明,分离的运动误差与转台标定误差相符合,验证了该方法能够精确获得转台运动误差。     

五轴数控机床旋转轴综合误差测量与辨识

针对五轴数控机床旋转轴的运动误差和几何误差的综合评估问题,在不考虑直线轴运动误差影响的情况下,提出了一种采用R-test测量仪的测量及其辨识方法。首先,测量过程按照参考球的两种不同高度设置进行,仅移动旋转轴,而不移动直线轴。其次,利用R-test测量仪对旋转轴的运动精度进行了测量。此外,假设旋转轴位置几何误差和工作台上参考球的设置误差是影响测量结果的因素,并通过最小二乘法对这些因素进行分离。采用IBS公司的R-test测量仪,对米克朗公司UCP800Duro立式五轴加工中心C轴的运动误差和几何误差进行了测量实验。研究结果表明,该方法能够正确识别旋转轴的运动误差和几何误差,可以有效地综合评估旋转轴的运动精度,并有助于进一步提高旋转工作台的精度。     

五轴数控机床回转轴的误差检测技术研究

针对多轴机床回转轴误差难于直接测量的问题,设计了一种利用球杆仪进行回转轴几何运动误差测量的方法,并推导了辨识公式.此检测模型可以得到回转轴6个运动误差中的5项,剩余一项可以利用激光干涉仪回转测量组件获得.这种检测模型可以避免利用标准芯棒进行间接测量而增加误差,解决了一部分回转轴由于无法安装标准棒而难于检测误差的问题,为多轴机床的回转轴几何运动误差测量提供了理论参考.     

基于主轴回转运动误差在线检测的二次相移三点法

提出了一种基于数据重组和反滤波的二次相移三点法圆度误差分离技术,可以先行分离出主轴的回转运动误差,从而能够实现运动误差的在线检测.通过对三个传感器的测量数据按照二次相移原则进行数据重组,可以在数据处理的首次操作时消除圆度形状误差的影响,从而在二次操作时先行得到运动误差.权函数的对比分析表明该方法与圆度三点法在本质上的同源性和统一性.仿真与实验结果均表明:该方法可以先后分离出运动误差和形状误差,具有良好的分离效果.     

永磁同步型磨削电主轴运动精度分析

随着高档数控机床对主轴的运动精度的要求不断提高,研究永磁同步型磨削电主轴运行精度问题是十分必要的。在基于主轴振动误差和热分析的基础上,分别建立了径向误差运动、倾角误差运动和轴向误差运动数学模型。应用最小二乘法近似算法拟合主轴径向误差运动轨迹,然后对倾角运动误差进行建模,得到主轴回转轴线的倾斜角度。结合时域和频域信号分析方法,对轴向运动误差轨迹展开分析。为了实现一次测量主轴径向和轴向误差位移,并且获得主轴热误差,采用了典型的双标准球5-DOF测量主轴误差装置。通过国产某机床厂所研发永磁同步型磨削电主轴在试运行时主轴回转误差问题进行了实验。研究结果表明:当转速升高到最高转速,径向误差和轴向误差升高,离心力对主轴精度作用更加明显;当存在主轴偏心时,径向误差运动轨迹为逐渐由近似圆过渡到花瓣状态;双标准球五点法测试方法不仅可以判断电主轴制造存在的制造、装配等问题,并且该实验方法可应用于电主轴误差运动的实验,同时满足倾角误差、轴向误差运动和主轴温度变形的测试。     

数控机床旋转轴误差辨识研究

以多体系统理论为基础建立了包含旋转轴几何误差的DMP60U型机床运动模型,并利用某公司的QC10球杆仪对DMP60U型的C轴和斜转轴B轴各4项位置误差分别进行测量和辨识。在对球杆仪测量点的在坐标系中的位置坐标表达分析后,得出了球杆仪测量圆的偏心率与位置误差间数学关系。通过运用机床RTCP功能控制多轴同步运动,设计进行不同高度下的4次测量,可辨识出这8项位置误差,快速高效。经实验验证,这种辨识方法测量结果精确,可用于五轴加工中心误差辨识。     

FANUC 0iD系统数控机床螺距误差补偿方法研究

研究了FANUC 0iD数控系统螺距误差补偿原理与方法,通过机床工作台运动的实际测量,得到了一组位置误差数据并绘制出了误差曲线图。对位置误差数据进行处理后得到了误差补偿值,进行系统补偿后再次测量位置误差,测量结果表明机床精度得到了有效提高。     

编码器轴系晃动对测角精度影响分析

光电轴角编码器作为一种精密测角传感器,其测角精度受到多种因素的影响,其中轴系晃动是影响其精度的主要因素之一。为了研究编码器轴系晃动的规律,利用多种检测方法对轴系晃动进行检测,利用傅里叶谐波数学模型对测量结果进行分析,并结合编码器测角精度检测结果,发现测角精度与轴系晃动的低频谐波之间存在固定的函数关系,采用这种关系可以补偿编码器的测角误差。利用这种方法可以在编码器内部或在线的方式进行实时误差补偿,从而达到提高编码器测角精度的目的。这对相关仪器的测量精度的提高起到一定参考意义。     

机床主轴径向误差运动在线检测与信号处理

在机床加工工件时,实时测量机床主轴的径向运动误差。测量对象是在该机床上加工的圆柱形工件,而不是通常所使用的标准棒。采用误差分离技术将工件的形状误差从所测信号中分离出来,实现在线测量主轴的径向误差运动。并采用基于自适应阈值的小波包算法去除加工时存在的噪声。同时,从谐波抑制特性和总体频域特性两个方面分析了测量系统频域特征。     

圆柱表面重构基准的曲线拟合提纯法

提出了一种新的重构基准提取方法一曲线拟合法，即采用分离出的回转误差运动中一阶谐波分量代替偏心误差运动。试验表明，该方法是可行的，有效地解决了圆柱度测量中重构基准难以确定的问题。     

Form error in diamond turning

The main feature of ultraprecision, single point diamond turning (SPDT) is its ability to produce high quality surface finishes on the order of nanometers while meeting tight form tolerances on the order of micrometers. This capability allows for the production of optical devices with minimum post-processing operations. The issue of form error is critical since it may severely compromise the performance of the designed optical system. Tool-workpiece relative vibration is a major cause of this error. In this article, the authors have demonstrated that imbalance of the spindle is a major cause of form error which eventually leads to a structured error called “spindle star” that appears as straight concentric spokes radiating out from the center of the part. The formation of a spindle star pattern can be explained using Campbell's rotordynamics analysis. This analysis explains how assisted air-hammering instability and cross-coupling effect of the air-bearing spindle can contribute to spindle star. This experimental approach used force and accelerometer data with the help of modal analysis to conclude that spindle star is a synchronous error and is a function of rotational frequency of the spindle and its harmonics. The integer harmonic from the Campbell's waterfall diagram predicts the number of spokes in the spindle star. It was also observed that the height of the spindle star undulations increases with higher rotational speed. It was also observed that cutting material and tool geometry has no influence on the spindle star formation; rather this is an inherent characteristic of air-bearing journals. Finally, the analysis was successfully validated by changing the natural frequency of the spindle by adding mass.     

数控机床主轴径向运动误差在线高精度检测

数控机床加工工件时，在切削力的作用下，用“以被加工工件为测量基准”的测量方案，实时测量机床主轴的径向运动误差．为了提高信噪比，采用基于精确重构的小波变换算法去除加工时存在的噪声．这种新算法成功地应用于自行开发的在线检测装置中。为了掌握测量系统频域特征，还从谐波抑制和总体频域特性两方面做了分析。通过实验验证了该方法的正确性。     

基于谐波检测的光谱吸收型光纤瓦斯传感器

针对目前煤矿普遍采用的热催化瓦斯探测传感器的检测灵敏度低、环境干扰大的缺陷,设计了基于谐波检测的光谱吸收型光纤瓦斯传感器。该传感器采用锁相放大器为核心的微弱信号处理电路,通过对一次谐波和二次谐波的实验数据进行数据拟合,实现了对瓦斯气体浓度的实时精确检测。实验结果表明:该传感器能够有效地提取瓦斯浓度变化信息,测量误差小,灵敏度高。     

A new method for characterizing axis of rotation radial error motion: Part 2. Experimental results

In the current standards of spindle metrology, the fundamental component of radial probe measurement is considered radial throw (eccentricity) of the installed test artifact and the fundamental radial error motion is treated. The goals of this paper are: (1) to make evident the fact that fundamental radial error motion can actually exist; (2) to present a new two-dimensional (2D) method to analyze spindle radial error motion measurement; (3) to discuss the limitations of current spindle motion analysis methods. In the 2D framework, the radial error motion is an application-independent geometric property and thus separate from the consequence of radial error motion in spindle applications. The 2D method can not only determine the axis of rotation radial error motion, but also the consequence of error motion in all classes of spindle applications, including a new class of spindle applications with two radial sensitive directions. In comparison, the radial error motion values specified in current standards give the consequence of radial error motion in two classes of spindle applications, but do not represent radial error motion itself. The new method is presented in two parts. Part 1 focuses on the theory and illustration of the 2D method. Part 2 presents the experimental results of a ball bearing spindle and an aerostatic bearing spindle.     

A new method for characterizing axis of rotation radial error motion: Part 1. Two-dimensional radial error motion theory

In the current standards of spindle metrology, the fundamental component of radial probe measurement is considered radial throw (eccentricity) of the installed test artifact and the fundamental radial error motion is treated as non-existent. The goals of this paper are: (1) to make evident the fact that fundamental radial error motion can actually exist; (2) to present a new two-dimensional (2D) method to analyze spindle radial error motion measurement; (3) to discuss the limitations of current spindle motion analysis methods. In the 2D framework, the radial error motion is an application-independent geometric property and thus separate from the consequence of radial error motion in spindle applications. The 2D method can not only determine the axis of rotation radial error motion, but also the consequence of error motion in all classes of spindle applications, including a new class of spindle applications with two radial sensitive directions. In comparison, the radial error motion values specified in current standards give the consequence of radial error motion in two classes of spindle applications, but do not represent radial error motion itself. The new method is presented in two parts. Part 1 focuses on the theory and illustration of the 2D method. Part 2 presents the experimental results of a ball bearing spindle and an aerostatic bearing spindle.     

圆弧齿廓谐波齿轮传动齿形设计中的几个问题

谐波齿轮传动采用圆弧齿廓后,可以改善柔轮齿根的应力状况和传动的啮合质量,提高承载能力和扭转刚度。本文首先计算出柔轮采用圆弧齿廓时,刚轮与之共轭的理论齿廓,通过用拟合圆弧对其进行逼近,得到拟合误差的变化规律;最后指出在开发双圆弧齿廓谐波齿轮传动时,应首先合理确定波发生器形式和柔轮径向变形量系数。     

电磁式电流互感器谐波比值误差实验与分析

电磁式电流互感器谐波传变特性复杂多变,传变误差难以估计。设计了铁磁性材料磁滞回线的观测实验,分析了磁滞回线形状对电流互感器谐波传变误差的影响。针对谐波误差检测精度要求高的难点,研制了高精度的电流互感器谐波误差检测系统,并通过实验分析了频率、负载、基波电流、谐波相角、直流分量对电流互感器谐波传变误差的影响。