大型高精度光电轴角编码器主轴系装配分析

　　光电轴角编码器，是集光、机、电为一体的数字化位移测量装置，正被广泛应用于国防、工业和科技领域的动态测量及实时控制系统中。随着测控技术对目标的快速、精确跟踪和定位的需要，对光电轴角编码器的测角精度、分辨率以及可靠性都提出了更高要求。主轴系统是高精度复合式光电轴角编码器的重要部件之一，它的主要作用是支承码盘，并带动码盘进行精密分度和作精确、灵活、均匀的旋转，从而使码盘和狭缝之间产生相对运动，形成莫尔条纹，以便实现机械转角变成光电信号的转换[1]。因此，光电轴角编码器的性能和精度在很大程度上依赖于轴系的工作精度，而轴系的工作精度则由各零部件的加工精度和装配精度来保证。保证加工精度必须要严格控制有关零件的尺寸公差、形状公差和位置公差; 正确的装配与调整，可以使轴系的零、部件的高精度性能充分发挥或使一些零件的缺陷得到补偿[2]。本文针对某项目的高精度大型光电轴角编码器装配技术进行分析研究，采取相应措施提高轴系的工作精度。

　　1 技术要求

　　该光电轴角编码器的位数高，码盘及仪器外形尺寸较大，外形最大直径为 470 mm，各零件的加工和装配成本高。它的主要机械装配结构如图1 所示，主轴系采用的是非标准的滚动轴系，轴系中钢球较密集，以多排的方式均匀分布在轴系中。

　　主轴系尺寸较大，精度指标要求高，主要的装配精度要求有:

　　①主轴系径向运动误差( 含角运动) 小于 2 μm;

　　②主轴系轴向窜动小于 1 μm;

　　③主轴 C 面跳动小于 4 μm;

　　④主轴系静摩擦力矩( 正反) 小于 1. 60 N·m。

　　2 影响主轴系精度的因素

　　衡量精密轴系性能的最主要的指标是回转精度，是指主轴在回转时，实际的回转轴线与理想回转轴线的偏差。如图2 所示，当主轴回转时，由于各零件的误差，使得实际轴线除了绕理想轴线 L 旋转外，还会相对理想轴线 L产生一个倾斜角 Δγ。为方便分析，将主轴回转误差在径向和轴向进行分解。

　　2. 1 轴向窜动误差

　　主轴回转误差的轴向分量是主轴轴向窜动误差，以主轴回转轴线的纯轴向窜动量表示。

　　在轴向方向，主轴轴线的角度摆动在轴向的分量很小，可忽略不计，所以仅存在主轴的纯轴向窜动 ΔS。由于在轴系中，主轴和轴承座、轴承环之间采用过盈配合，径向尺寸按传递尺寸链要求进行加工，所以，可以不考虑各零件的尺寸误差。从编码器主轴系的结构来看，能够对轴向窜动产生影响的零件是主轴、轴承座、轴承环和钢球。与上下两组止推钢球相接触的端面有 4 处，如果在钢球滚道面处的端面有局部高低点，或者钢球直径不一致时，会使轴系轴向上出现间隙，引起轴向窜动。因此，影响轴向窜动误差的因素有: 球的直径差，主轴、轴承座、轴承环的端面平面度及与轴线的垂直度，轴向过盈量的大小。