本發(fā)明涉及機(jī)床主軸徑向跳動(dòng)檢測(cè)領(lǐng)域，尤其是一種加工狀態(tài)下的車床主軸徑向跳動(dòng)檢測(cè)方法，還涉及該檢測(cè)方法的裝置。

背景技術(shù)：

目前，在評(píng)價(jià)機(jī)床的加工質(zhì)量時(shí)，機(jī)床主軸的徑向跳動(dòng)是一項(xiàng)重要指標(biāo)。加工狀態(tài)下主軸徑向跳動(dòng)可以直接反應(yīng)零件表面輪廓的粗糙度、圓度等幾何誤差。

現(xiàn)有的檢測(cè)方法有兩類，一是接觸式測(cè)量方法，一般采用千分表或電感微測(cè)頭的測(cè)針與主軸上安裝的標(biāo)準(zhǔn)芯軸或鋼球接觸，低速旋轉(zhuǎn)主軸，讀取測(cè)針的跳動(dòng)量可得到主軸的回轉(zhuǎn)誤差。中國發(fā)明專利CN201410156897.7公開了一種車床尾座主軸頂尖徑向跳動(dòng)與主軸軸向傳動(dòng)檢測(cè)裝置，該裝置一端設(shè)置有軸套，軸套內(nèi)設(shè)置有球軸承和推力軸承，另一端設(shè)置有測(cè)力計(jì)和千分表，從而測(cè)量出尾座主軸的徑向跳動(dòng)和軸向受力情況。接觸式測(cè)量方法優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，并且測(cè)針可做成極小，能詳細(xì)反映標(biāo)準(zhǔn)件的細(xì)節(jié)輪廓。但缺點(diǎn)是所測(cè)主軸旋轉(zhuǎn)速度較低，而實(shí)際加工時(shí)往往轉(zhuǎn)速較高，并且存在徑向切削力和切屑干擾，因而，所測(cè)徑向跳動(dòng)難以體現(xiàn)實(shí)際工況。

二是非接觸式測(cè)量方法，主要采用電渦流傳感器或光電式傳感器。中國發(fā)明專利CN201310585077.5公開了一種動(dòng)態(tài)主軸回轉(zhuǎn)精度檢測(cè)裝置，設(shè)置若干電渦流傳感器正交布置于主軸檢驗(yàn)芯軸直徑方向，獲取芯軸徑向跳動(dòng)信號(hào)。另外，該裝置還在主軸外套軸向方向固定電渦流傳感器和激光位移傳感器，以檢測(cè)主軸軸向跳動(dòng)。CN201610403133.2公布了一種旋轉(zhuǎn)軸系徑向跳動(dòng)的非接觸檢測(cè)裝置，利用光柵盤與主軸同軸固聯(lián)，光柵盤上的光柵與裝在元器件架上的發(fā)光管、接收器、指示光柵對(duì)齊，主軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)光柵盤旋轉(zhuǎn)，在接收管上接收光電信號(hào)，從而測(cè)量出軸系徑向跳動(dòng)。非接觸式測(cè)量方法不會(huì)劃傷被測(cè)對(duì)象表面，跳動(dòng)值在任意轉(zhuǎn)速下都可進(jìn)行測(cè)量，但依然存在轉(zhuǎn)軸同標(biāo)準(zhǔn)元件軸線或球心的偏心誤差，依然不能在切削狀態(tài)下進(jìn)行徑跳測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提出一種適用于加工狀態(tài)下的車床徑向跳動(dòng)檢測(cè)方法，同時(shí)提供該檢測(cè)方法的裝置。

本裝置中包括一套安裝在被加工軸上的芯棒吸持部件，和一套動(dòng)態(tài)調(diào)測(cè)部件。芯棒吸持部件通過強(qiáng)磁鐵將被測(cè)芯棒吸持在表面粗糙度較高的鋼化玻璃上，利用動(dòng)態(tài)調(diào)測(cè)部件對(duì)被測(cè)芯棒進(jìn)行一次動(dòng)態(tài)消偏和測(cè)量，在此基礎(chǔ)上利用數(shù)據(jù)濾波技術(shù)對(duì)與加工質(zhì)量無影響的轉(zhuǎn)速同頻信號(hào)進(jìn)行濾波，從而實(shí)現(xiàn)微小徑向跳動(dòng)在加工狀態(tài)下的實(shí)時(shí)測(cè)量。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：加工狀態(tài)下車床主軸徑向跳動(dòng)檢測(cè)裝置，包括上位機(jī)、芯棒吸持部件和動(dòng)態(tài)調(diào)測(cè)部件，芯棒吸持部件安裝在被加工圓棒上，安裝套通過緊定螺釘與被加工圓棒固連，安裝套的內(nèi)孔中放置強(qiáng)磁鐵，緊箍蓋壓合強(qiáng)磁鐵和鋼化玻璃后用螺釘與安裝套固連，被測(cè)芯軸吸合在鋼化玻璃的光滑表面上；

動(dòng)態(tài)調(diào)測(cè)部件包括磁力座、縱向移動(dòng)板和橫向安裝板組成的十字形支架，橫向安裝板一端部通過支架安裝微動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)，其尾部套一尼龍推塊；橫向安裝板另一端固定有激光位移傳感器，其數(shù)據(jù)線與上位機(jī)相連。

進(jìn)一步地，橫向安裝板中部的燕尾榫與縱向移動(dòng)板中部的燕尾槽活動(dòng)連接，可調(diào)節(jié)高度，由緊定螺釘鎖定。

加工狀態(tài)下車床主軸徑向跳動(dòng)測(cè)量與處理方法，

第一步，預(yù)先將被加工圓棒的尾部進(jìn)行加工，其直徑與安裝套的內(nèi)孔吻合，并且應(yīng)大于尾部最終的加工尺寸；

第二步，將所述芯棒吸持部件和被加工部件固連，將所述動(dòng)態(tài)調(diào)測(cè)部件置于機(jī)床本體的任意靜止部位，利用磁力座吸合；

第三步，啟動(dòng)機(jī)床加工程序與激光位移傳感器測(cè)量程序，當(dāng)機(jī)床溜板帶動(dòng)刀具對(duì)被加工圓棒進(jìn)行切削加工時(shí)，快速調(diào)節(jié)微動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)，直至上位機(jī)測(cè)量程序上測(cè)值的峰峰值最小。

第四步，測(cè)值處理：先確定主軸轉(zhuǎn)速，當(dāng)芯棒存在較大偏心時(shí)，所測(cè)量波形具有周期性，記錄波形周期數(shù)和相應(yīng)的時(shí)間，得到主軸旋轉(zhuǎn)頻率；計(jì)算測(cè)量數(shù)據(jù)的殘差，即利用傳感器的每個(gè)樣本讀數(shù)減去樣本范圍的平均值；

第五步，設(shè)置帶阻濾波器，在殘差數(shù)據(jù)內(nèi)消除與主軸旋轉(zhuǎn)頻率相同的信號(hào)，最終數(shù)據(jù)的峰峰值即為對(duì)加工質(zhì)量有影響的徑向跳動(dòng)量。

本發(fā)明在加工狀態(tài)下進(jìn)行車床徑向跳動(dòng)測(cè)量時(shí)，利用微動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)帶動(dòng)尼龍推塊，從而推動(dòng)鋼化玻璃上的芯棒，同時(shí)，利用高精度激光位移傳感器拾取芯棒旋轉(zhuǎn)時(shí)的位移信號(hào)，并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行處理和顯示，微動(dòng)調(diào)節(jié)直至測(cè)量值的峰峰值最小為止，從而實(shí)現(xiàn)一次消偏；上位機(jī)上對(duì)測(cè)值進(jìn)行濾波處理，消去與轉(zhuǎn)速同頻的測(cè)量信號(hào)，最終所得測(cè)值的變動(dòng)范圍即為對(duì)加工質(zhì)量有影響的徑向跳動(dòng)量。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、解決了傳統(tǒng)徑向跳動(dòng)檢測(cè)裝置無法在切削狀態(tài)下的徑向跳動(dòng)值的測(cè)量問題，為真實(shí)反映主軸加工精度提供了檢測(cè)依據(jù)。

2、采用了高精度激光位移傳感器，與測(cè)試點(diǎn)呈非接觸狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)高速狀態(tài)下的車床徑向跳動(dòng)檢測(cè)。

3、采用基于尼龍推塊和高精度位移傳感器相結(jié)合的削偏機(jī)構(gòu)，可以調(diào)節(jié)芯棒直至信號(hào)的峰峰值最小，理論上，芯棒中心可以同主軸徑向跳動(dòng)范圍的中心極為接近。

4、對(duì)峰峰最小的測(cè)值進(jìn)行殘差計(jì)算和數(shù)值濾波處理，與主軸旋轉(zhuǎn)頻率相同的信號(hào)，可以真實(shí)得到對(duì)加工質(zhì)量有影響的徑向跳動(dòng)量。誤差源少，測(cè)量效率高，動(dòng)態(tài)測(cè)量優(yōu)勢(shì)明顯。

5、采用磁力座安裝，操作方便，空間局限性小；裝置的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，通過不同的安裝組件設(shè)置，可推廣至任意回轉(zhuǎn)型機(jī)床的徑向跳動(dòng)在線測(cè)量，易于推廣。

附圖說明

圖1是芯棒吸持部件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是動(dòng)態(tài)調(diào)測(cè)部件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是車床徑跳測(cè)量裝置立體示意圖；

圖4是加工狀態(tài)下車床徑向跳動(dòng)的理論檢測(cè)模型圖。

圖中：1.被加工圓棒，2.安裝套， 3.安裝套緊定螺釘，4.連接套，5.安裝螺釘，6.強(qiáng)磁鐵，7.緊箍蓋，8.鋼化玻璃，9.被測(cè)芯棒；10.磁力座，11.縱向移動(dòng)板， 12.微動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)緊定螺釘，13.微動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)，14.橫向安裝板，15安裝螺栓，16.激光位移傳感器，17. 安裝板緊定螺釘，18.尼龍推塊，19.機(jī)床本體，20.刀架，21.車刀，22.安置塊，23.激光束。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。為保證本方法的順利實(shí)施，必須有一個(gè)芯棒吸持部件和一個(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)測(cè)部件。

圖1芯棒吸持部件結(jié)構(gòu)示意圖所示，預(yù)先將被加工圓棒1的尾部加工成與安裝套2內(nèi)孔同直徑后，安裝套2通過緊定螺釘3與被加工圓棒1固連；連接套4采用非導(dǎo)磁材料，與安裝套2通過安裝螺釘5固連；強(qiáng)磁鐵6放置在安裝套2的內(nèi)孔中，利用帶有內(nèi)螺紋的緊箍蓋7壓合強(qiáng)磁鐵6和鋼化玻璃8，最終，可以實(shí)現(xiàn)被測(cè)芯軸9吸合在鋼化玻璃8的光滑表面上。

圖2動(dòng)態(tài)調(diào)測(cè)部件結(jié)構(gòu)示意圖所示，橫向安裝板14可在縱向移動(dòng)板11的燕尾槽內(nèi)進(jìn)行高度調(diào)節(jié)，并由緊定螺釘17鎖定；微動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)13的尾部套有尼龍推塊18，并通過緊定螺釘12固定在橫向安裝板14上，微動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)13可推動(dòng)尼龍推塊18做一維直線運(yùn)動(dòng)，且尼龍推塊18本身具有一定的彈性；同時(shí)，激光位移傳感器16通過傳感器安裝螺栓15固定在橫向安裝板14上，并與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

圖3是 車床徑跳測(cè)量裝置。預(yù)先將被加工圓棒的尾部進(jìn)行加工，其直徑與安裝套2的內(nèi)孔等值，并且應(yīng)大于尾部最終的加工尺寸。將所述芯棒吸持部件和被加工部件固連，并將所述動(dòng)態(tài)調(diào)測(cè)部件置于機(jī)床本體19的任意靜止部位，利用磁力座10吸合。加工狀態(tài)下的車床徑向跳動(dòng)測(cè)量方法描述如下：

被加工圓棒1置于機(jī)床本體19的主軸孔后，預(yù)先將被加工圓棒1的尾部加工成與安裝套2內(nèi)孔同直徑，并將被加工圓棒1與所述芯棒吸持機(jī)構(gòu)固定。同時(shí)，將所述動(dòng)態(tài)調(diào)測(cè)部件置于機(jī)床本體19的任意靜止部位，利用磁力座10吸合，如若空間限制，可另設(shè)安置塊置于機(jī)床本體19的任意靜止部位。

啟動(dòng)加工程序，刀架20帶動(dòng)車刀21在機(jī)床本體19的溜板上對(duì)旋轉(zhuǎn)著的被加工圓棒19進(jìn)行切削加工。由于芯棒9軸向受力極大，徑向受力較小，利用微動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)13帶動(dòng)尼龍推塊18可以推動(dòng)鋼化玻璃8上的芯棒9運(yùn)動(dòng)；同時(shí)，利用高精度激光位移傳感器16拾取芯棒9旋轉(zhuǎn)時(shí)的位移信號(hào)，并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行處理和圖形顯示。由于尼龍推塊18的前端面為平面，沿徑向推動(dòng)精密芯棒9，所測(cè)位移信號(hào)的峰峰值隨著尼龍推塊18的位置不斷變化，根據(jù)這種峰峰值變化，可以調(diào)節(jié)芯棒9直至信號(hào)的峰峰值最小，此時(shí)，芯棒9的中心同主軸徑向跳動(dòng)范圍的理論中心重合。對(duì)最終的位移測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

第一步，確定主軸轉(zhuǎn)速，當(dāng)芯棒9存在較大偏心時(shí)，所測(cè)量波形具有周期性，記錄波形周期數(shù)和相應(yīng)的時(shí)間，即可得到主軸旋轉(zhuǎn)頻率。

第二步，計(jì)算測(cè)量數(shù)據(jù)的殘差。傳感器的每個(gè)樣本讀數(shù)減去樣本范圍的均值。

第三步，設(shè)置帶阻濾波器，在殘差數(shù)據(jù)內(nèi)消除與主軸旋轉(zhuǎn)頻率相同的信號(hào)，最終數(shù)據(jù)的峰峰值即為對(duì)加工質(zhì)量有影響的徑向跳動(dòng)量。

首先介紹一次消偏理論模型。圖3的檢測(cè)原理可簡化為圖4所示，芯棒9繞機(jī)床19的主軸回轉(zhuǎn)，當(dāng)不存在回轉(zhuǎn)誤差時(shí)，設(shè)O點(diǎn)為回轉(zhuǎn)中心，并有偏心距為OA。當(dāng)尼龍推塊18沿X軸向前慢速移動(dòng)，芯棒9和尼龍推塊18相互擠壓，芯棒9的中心A向O點(diǎn)靠近。并且，由于在OA與BC垂直時(shí)，芯棒9的邊緣靠BC最近，因而，芯棒9的移動(dòng)軌跡可以理解成： A點(diǎn)沿X軸逼近O點(diǎn)。只有O、A重合，激光位移傳感器16采集的數(shù)據(jù)在上位機(jī)上繪制的圖形，理論上為零，偏心被徹底消除。

當(dāng)存在回轉(zhuǎn)誤差時(shí)，圖4中為瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心，O點(diǎn)為平均回轉(zhuǎn)中心。A點(diǎn)的位置可表示為：

（1）

是一個(gè)復(fù)變函數(shù)，表示回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平面內(nèi)的轉(zhuǎn)子徑向回轉(zhuǎn)誤差運(yùn)動(dòng)及其方位。

傳感器所測(cè)的位移量：

（2）

由式（1）可知，當(dāng)較小時(shí)，也較小。經(jīng)調(diào)節(jié)，當(dāng)達(dá)到0.1毫米量級(jí)后，相對(duì)芯棒半徑極小。因而，式（2）中第二分項(xiàng)基本不變，e中交變成分只有后兩項(xiàng)。如圖4所示，可調(diào)，當(dāng)為0時(shí)，e的變化幅值取M(t)的最大值，即徑向跳動(dòng)值。可見，可能比徑跳值更小，相應(yīng)的偏心則可能不為0。

啟動(dòng)機(jī)床加工程序、激光位移傳感器測(cè)量程序，當(dāng)機(jī)床溜板帶動(dòng)刀具對(duì)被加工圓棒進(jìn)行加工時(shí)，快速調(diào)節(jié)微動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)，直至上位機(jī)上測(cè)量程序上傳感器的測(cè)量峰峰值最小。

其次，介紹數(shù)值處理二次削偏。由于最終的傳感器輸出值的變動(dòng)量極小，且又因?yàn)橹鬏S轉(zhuǎn)速同頻的徑向跳動(dòng)分量與加工質(zhì)量關(guān)系沒有影響，因而對(duì)最終傳感器的輸出樣本進(jìn)行同頻濾波處理后，余下數(shù)值的變動(dòng)范圍即為對(duì)加工質(zhì)量有影響的徑向跳動(dòng)量。