主轴回转误差精度测试装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机床加工技术领域，具体是指一种机床主轴回转误差精度测试装置。
【背景技术】
[0002] 主轴回转误差是影响机床加工精度的主要因素，主轴回转精度是评定机床动态性 能的一项主要指标。通过测量主轴回转误差，可以监视主轴运行状态，及时发现和诊断故 障，也可以通过误差补偿来提高主轴的回转精度，因此，对主轴的回转精度的研宄有着特别 重要的意义，因此国内外众多学者们都对其测试方法进行了长期的研宄，并且取得了一定 的成果。
[0003] 早期机床主轴回转精度不是太高，测试机床主轴的回转精度的常用方法静态测量 法，即以精密芯棒插入主轴孔内，然后在芯棒的外圆或端面上安装千分表进行测量，以获 得轴向窜动、径向跳动和摆动三项主轴回转精度值。这种方法虽然简单，但测得的径向跳 动中既包含有主轴回转轴线的径向运动，又有锥孔相对于回转轴线的偏心（即每转偏摆一 次的偏心量），二者无法加以区分。并且由于这种测量方法是在主轴手动慢速回转下进行， 所以不能反映主轴工作状态下的回转精度，更不能用于高速、高精密的回转精度测量。
[0004] 主轴回转精度传统的测试方法是捷克VUOSO双向测量法和美国LRL单向测量法。 前者适用于测试刀具回转型主轴回转误差；后者适用于测试工件回转型主轴径向误差。这 两种方法都是在机床空载或者模拟加工的条件下，通过对标准球（环）的测量，在示波器屏 幕上显示主轴回转产生的圆图像，将圆图像拍摄下来便可用圆度样板读取主轴回转误差运 动数值。这种测试方法虽然能够在实验室直观显示的显示图形，便于监视机床的安装调试， 但是由于受存在一定的原理误差，所以测试精度很难提高，实际应用受到限制。
[0005] 到1970年，捷克机床研宄所提出了双向动态测量。这种测量方法因主轴的回转误 差信号是由两个相互垂直的坐标方向上安装的传感器同时取得的，故称为双坐标测量法。 在被测主轴上安装一基准环，基准环随主轴一起旋转。相对于基准环，在呈90°的两个位置 上安装两个固定不动的传感器：X向传感器和Y向传感器。因为基准球的不圆度误差相对 极小，所以可以忽略不计。这时，传感器给出的误差信号中只包含基准球的偏心误差和回转 运动误差两部分。
[0006] 误差分离技术（Error Separation Technique)是人们在进行亚微米甚至纳米级 主轴回转精度测试中，不能再忽略标准球（环）的形状误差以及其安装偏心误差都会对测 试结果的影响上发展起来。误差分离技术是指从所测信号中分离并去除测量系统引入的影 响测量精度的信号分量，从而得到所要测量的准确信号。在主轴回转精度测量中，误差分离 指从被测信号中分离并除去被测元件的安装偏心和不圆度的影响，从而得到回转误差的精 确值。常用的误差分离技术主要有反向法、多步法和多点法。反向法是基于工件圆度误差 与主轴系统误差在测量的短周期内的良好重复性，改变工件、传感器对主轴的相对位置，然 后分别作两次测量，对两次测量的合成误差进行数据处理后便可以得到主轴系统误差；多 步法仅需要一个传感器采集数据，通过转位工件或者主轴到特定的测位工作；多点法采用 多个传感器在主轴径向同时采集数据，多个传感器在垂直轴心的平面内互成确定的角度布 置，然后通过对采集的数据进行处理分离出形状误差与主轴的回转误差，三点法是多点法 测量中应用最广泛的误差分离技术，但它存在谐波失真的问题。
【发明内容】
[0007] 本发明目的在于提供一种机床主轴回转误差精度测试装置，以及时准确的发现和 诊断机床故障，提高机床加工精度。
[0008] 为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：主轴回转误差精度测试装置，包括 涡流传感器、前置放大电路、滤波电路、A/D转换芯片、单片机及其外围电路和嵌入式微处理 器，所述涡流传感器包括X向传感器和Y向传感器，所述X向传感器和Y向传感器分别依次 通过前置放大电路、滤波电路和A/D转换芯片连接至所述单片机的输入端，所述单片机的 输入输出端口连接至存储器和嵌入式微处理器，所述嵌入式微处理器输入输出端口连接键 盘、鼠标、USB和显示器。
[0009] 本发明可有效提高机床主轴的回转误差，针对误差情况及时发现和诊断机床故 障，或者是对机床进行针对性的预防及改善措施，提高了机床加工精度，保障了机床加工产 品的成品率及质量。
【附图说明】
[0010] 图1是本发明测试实验系统总体设计框图；
[0011] 图2是本发明单片机硬件电路原理简图；
[0012] 图3是本发明滤波电路采样信号频谱混叠现象图。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合附图，对本发明作详细的说明。
[0014] 本发明所述一种主轴回转误差精度测试装置，主要包括涡流传感器、前置放大电 路、滤波电路、A/D转换芯片、单片机及其外围电路和嵌入式微处理器等，如图1所示。测试 装置采用的是基于嵌入式微处理器一单片机的上下机位模式，嵌入式微处理器和单片机通 过RS232串口交互数据。在测试软件的支持下，主轴回转误差信号的数据采集由单片机接 收嵌入式微处理器的指令完成，数据处理、结果显示以及储存数据等都由嵌入式微处理器 完成。
[0015] 根据设计总体方案要求，本发明所述测试装置硬件控制部分主要采用了如下芯 片：
[0016] (1)单片机芯片：51系列77LE58,其特点是资源丰富、宽电压工作特性（2. 7V~ 5. 5V)以及极高的可靠性。
[0017] (2)RS232接口芯片：MAX232,无需任何额外的辅助电压，可直接将TTL电平转化为 标准的RS232电平。
[0018] (3) A/D转换芯片：AD1674,12位转换精度，可接入± IOV模拟信号。
[0019] (4)狀11芯片：62256,321(字节空间，存放采集12位精度测量信号。
[0020] (5) CF卡：8G内存，功耗少，体积小，容量大，不需要额外的附加电池，携