实训三机床主轴的回转误差运动测试
1.实验目的
加工高精度的机械零件，对机床主轴的回转精度有非常高的要求。
测量机床主轴的误差运动可以了解机床主轴的回转状态，分析误差产生的原因。
通过机床主轴回转误差运动测试，要求学生：
(1) 了解机床的主轴回转误差运动的测试方法。
(2) 熟悉传感器的基本工作原理。
(3) 掌握传感器的选用原则及测试系统的基本组成。
(4) 熟悉并掌握仪器的基本操作方法。
(5) 基本掌握数据处理与图像分析方法。
2．实验原理
本实验使用两种方法进行误差运动测试：
(1) 带机械消偏的单向法直角座标显示的误差运动测试，见本实验的背景材料
中的图1-9。
(2) 电气消偏单向法圆图像显示的回转轴误差运动测试，见本实验的背景材料
中的图1-13。
3．实验对象
以C6140普通车床的回转主轴为研究对象，测试其在回转情况下的误差运动。
根据测试数据，用图像分析方法表示误差运动，分析误差运动产生的原因。
4．主要实验仪器和设备
(1) C6140普通车床
(2) 回转精度测试仪
(3) 涡流测振仪
(4) 信号发生器
(5) 双踪示波器
(6) 数字式万用表
(7) 可调偏心的测量装置
5．实验步骤
1.1.1 5.1 带机械消偏的单向法直角座标显示的回转轴误差运动测试
(1) 按照仪器的操作说明，熟悉系统所用各仪器控制面板上的旋钮、按键的作
用及操作方法；
(2) 按照原理框图正确地将系统中各仪器的信号线连通；
(3) 调整标准盘1(作为补偿信号)和标准盘2(作为误差的测量信号)的偏心量，
标准盘2的偏心量e2应尽可能小，仅稍大于被测量轴回转误差值，以保证得到信号即可，偏心量一般调整到0.03mm~0.05mm；标准盘1的偏心量e1应尽可能调大，大到使被测量轴回转误差值相对于偏心量可以忽略不计，及得到一个接近于纯偏心信号的光滑曲线，但因受涡流传感器工作间隙的限制，偏心量无法无限制地加大，一般调到0.40mm~0.60mm即可，并使e1和e2相差180o；
(4) 经指导老师检查系统连接正确后，接通电源预热仪器；
(5) 按测振仪使用要求调整好涡流传感器的工作间隙；
(6) 调整好机床转速，启动机床；
(7) 调整测振仪灵敏度，使之满足下面的关系式：e1.k1传感.k1测振仪= e2.k2传感.k2测振
仪
(8) 将满足以上关系式的两路输出信号经加法器(借用回转精度测试仪后面板
上的加法器，此时应将总接口插板抽出)相加，在示波器上得到误差曲线，曲线上最高点与最低点的高度差即为圆度误差的相对值，曲线最大的垂直度即为粗糙度的相对值；
(9) 标定，方法为：用正弦信号发生器输出一标准正弦信号，使其幅值为测振
仪当前档位（如30um档）的满量程输出的电压值，将该正弦信号送入加法器输入端，在示波器上得到一幅值为A mm的正弦信号，则该测量系统的标定系数为30um/A mm；
(10) 求出绝对误差=相对误差(mm)×30um/A mm；
(11) 停机床、关仪器，并拆除仪器的所有连接线，整理现场。
1.1.2 5.2 电气消偏单向法圆图像显示的回转轴误差运动测试
(1) 按照仪器的操作说明，熟悉系统所用各仪器控制面板上的旋钮、按键的作
用及操作方法；
(2) 按原理框图正确连接好系统，仅用误差测量信号（即标准盘2的信号），
并将回转精度测试仪的总接口板插入插座中；
(3) 经指导老师检查连线无误后，接通电源预热仪器；
(4) 调整好机床转速，启动机床；
(5) 调整基圆：
(6) 回转精度测试仪产生基圆的原理：将测振仪的输出信号接入回转精度测试仪的S输入端，由带通III从该信号选出与主轴同频的一次谐波，为了消除机床振动所引起的一次谐波的幅值变化对基圆的影响，用限幅放大器对一次谐波进行限幅，再用带通I选出稳定的一次谐波，然后将一次谐波分为两路，一路经移相器B移相90o，另一路不移相，将两路信号送示波器垂直输入端（Y端）和水平输入端（X端）叠加而产生基圆。
(7) 基圆的调整：首先根据机床转速n确定带通III和带通I所要通过的一次谐波的频率。
(8) 调节带通III的频率粗调开关，使一次谐波的频率包括在开关所指的频率范围内，如机床n=900转/分，则频率f=900/60=15Hz，粗调开关置在30位置。
调整频率微调电位器，直到示波器上出现的正弦信号的幅值为最大（将带通III的输出端与示波器的Y端相连）。
带通I的调整与带通III相同。
(9) 将示波器的X、Y端分别接回转精度测试仪的X、Y输出端，调节移相器B的移相旋钮，使输出输入端相差90o（在示波器上得到一正椭圆图形），再调整增益电位器改变其幅值，在示波器上得到一个真圆，这个圆就是基圆。
（注意：调整基圆时一定将移相器A的增益关断）
(10) 测量，将测振仪的输出信号同时接到回转精度测试仪的R输入端，调节移相器A的移相旋钮和增益电位器，使相位与R端信号相差180o，幅值等于R端信号基波的幅值，两者经加法器3相加，达到消偏的目的。
将已消偏的纯误差信号叠加到基圆上（由仪器内部完成），在示波器上得到的图形即为误差圆图像；
(11) 将所得到的圆图像用最小二乘方圆进行处理得到圆度误差的相对值（实际操作是用一同心圆模板来套曲线，这时有一内接圆和一外接圆，两圆的半径差即为误差值，但应注意这样的两同心圆与误差的接触形态应满足最小条件——即同心圆的内、外接圆至少应各有二点与曲线接触，且内外圆节点应该是相同的。
）曲线以图面中心为基准所得到的最大宽度即为粗糙度的相对值；
(12) 标定：保持基圆的状态不变（去掉R端信号，关断移相器A的增益电位器），将一标准正弦信号输入R端，该信号幅值等于测振仪当前档位（如30um 档）满量程的输出电压值，这时示波器上获得一花瓣图形，调整标定信号频率使花瓣图形稳定，则花瓣的高度A(mm)代表的就是测振仪的满量程值30um，即标定系数为30um/Amm；
(13) 求出绝对误差=相对误差(mm)×30um/A(mm)；
(14) 停机床、关仪器，并拆除仪器的所有连接线，整理现场。
6．实验报告
实验报告要包括以下内容：
(1) 实验目的和意义
(1) 实验原理和方法
(2) 实验仪器及设备、耗材
(3) 实验方案（实验方案设计、实验手段，操作步骤）
(4) 实验原始记录（实验数据记录、现象记录、实验过程发现的问题）
(5) 实验数据结果
(6) 实验数据分析
a)实验数据图表处理
b)实验结果分析
c)实验中出现问题的分析
d)实验误差分析及其改进对策
e)分析误差运动产生的原因
7．预习思考题
(1) 测量传感器应该选择什么类型的传感器，为什么？传感器如何正确安装？
(2) 标准圆盘1和2如何调整，应注意什么？
(3) 图1-13（见机床主轴误差运动测试背景材料）中带通I、带通II、限幅器、
移相器A、移相器B和乘法器的作用是什么？
(4) 如何得到回转轴误差运动的真实值？如何标定，标定中应注意什么？
(5) 如何用最小二乘方园对获得的圆图像进行处理？
(6) 如果传感器安装时，没有完全垂直机床主轴，测试结果和上述结果有什么
不同，为什么？。