三测头同方位同步测量实时分离轴系回转误差

　　1　引言

　　国内外有关学者对于轴系回转误差分离做了许多研究,通常主要采用的分离方法有多步法和反向法,但它们只能分离某一截面内径向运动误差,不能分离轴系的角运动误差,因而无法给出该截面之外的轴系回转误差,且这些方法不是在一次测量过程中实时分离误差,因此它要求回转轴系的随机误差要远小于系统误差方能取得良好的效果。国内曾研究过用两测头同方位同步采样分离径向回转误差[1],但这种方法也只能分离纯径向运动误差,不能分离角运动误差,因此只能用于角运动误差很小的轴系。为了使轴系回转误差的分离更全面、更准确,作者提出了采用三测头同方位同步测量对轴系径向及角运动回转误差进行实时分离的方法,本文对这一方法进行了原理分析;并且专门设计制造了一套测试装置,编制了数据处理软件,在V形滑动、滚动支承及顶尖支承测试装置上做了大量试验,分析和试验验证表明,三测头同方位同步测量实时分离轴系回转误差可不受轴系系统误差及随机误差大小及相互比值的限制,能在一次测量过程中全面而又实时的分离轴系径向及角运动误差。

　　2　轴系回转误差的实时分离方法

　　回转轴线的误差运动可以分为三种基本的形式:纯径向运动、纯轴向运动和角运动。通常角运动和纯径向运动同时存在,而在任何轴向位置处,它们之和称为径向运动。当将回转轴线视为旋转刚体时,角运动误差α(ω)可由轴向相距为L的两个截面的径向运动误差r1(ω)和r2(ω)按下式确定:

　　当知道了某一轴向位置的径向运动误差r1(ω)和角运动误差α(ω),便可按下式推算出距r1(ω)轴向位置为l处的径向运动误差r3(ω),

　　三测头轴系回转误差实时分离法如图1所示,在相距为L的Ⅰ、Ⅱ截面处安置标准件,在Ⅲ截面处安置被测件,在三个截面的同一敏感方向上安装三个传感器,测量时三个测头同步采数,轴系回转一周,测量出Ⅰ、Ⅱ截面的径向回转误差r1(ω)、r2(ω)(角运动误差包含在内)按式(2)推算出与Ⅰ截面相距l的Ⅲ截面处的径向回转误差r3(ω),并从同步测得的被测件轮廓的初始数据R3(ω)中减去相应的径向回转误差r3(ω),达到实时分离轴系回转误差的目的。

　　上述轴系回转误差实时分离方法是否正确可靠,还必须通过试验来予以验证。

　　3　试验装置及数据处理软件设计

　　为了验证轴系回转误差实时分离方法的正确性,作者设计制造了V形滑动及滚动支承试验装置,见图2。试验装置安放在刚性很好的铸铁平台上,牢固安装上两个可调节位置的V形支座、V形滑动支承的V形角度为120°,每个V形滚动支座上安装的是一对外径为40 mm的G级滚动轴承,试验转轴放置在V形支架上,其支承部位直径是40 mm,转轴由普通外圆磨床磨制,转轴的两端各装上一个自行研制的60 mm的标准玻璃球,在转轴中部的一个滑套上装有另一个自制的100 mm的标准球,滑套可在转轴上滑动并紧固定位,转轴可由步进电机驱动或手动,转轴由左右两端的档块通过钢球实现轴向定位。此外,还将转轴支承在XW-250形位误差测量仪上,构成顶尖支承回转式的试验装置,所用顶尖为一对莫氏4号普通顶尖。