一种主轴回转误差测试分析系统的制作方法
【专利摘要】一种主轴回转误差测试分析系统，包括硬件部分和软件系统，硬件部分包括支架或磁性表座、激光位移传感器、信号连接线、信号转接板和信号采集卡，支架或磁性表座固定在主轴上，激光位移传感器与支架或磁性表座相连来采集主轴径向位移跳动，激光位移传感器的信号输出端通过信号连接线、信号转接板和信号采集卡的输入端相连，信号转接板作用是将两个以上的激光位移传感器按统一格式输出；软件系统安装于计算机上，计算机利用测试软件与信号采集卡的输出端通信，获取激光位移传感器的位移信号，然后进行滤波算法、分离算法分析处理，将圆度误差和回转误差分离出来并显示，本发明可以快速和准确的获得主轴的圆度误差和回转误差，测试简单、实用。
【专利说明】一种主轴回转误差测试分析系统
【技术领域】
[0001]本发明属于主轴回转误差测试【技术领域】，尤其涉及一种主轴回转误差测试分析系统。
【背景技术】
[0002]主轴回转误差是衡量主轴动态性能的一个关键性指标，直接影响机床的加工运动、加工工件的表面质量。相关研究结果表明:高速高精密机床车削加工的圆度误差大约30%?70%是由回转误差引起的，而且机床的精度越高，回转误差所占的比例越高。通过测试主轴回转误差运动能够预测理想加工条件下工件产生的最小形状误差和表面粗糙度；并根据回转误差特性，可以判断机床运行状态和进行故障诊断。同时主轴回转运动的形状以及动态特性能直观反映主轴的运动状态，但是由于噪声和高频信息的干扰，难以通过传感器直接获取较为精确的回转误差图形。所以精确的获取回转误差以及回转误差测试技术一直是精密加工【技术领域】的研究热点。
[0003]传统的回转误差测量方法如用千分表测径向跳动，不能将主轴的回转误差与圆度误差分离出来，后来用测试棒或者标准球来消除圆度误差，但要求他们的形状误差比被测主轴的回转误差至少高一个数量级，对于高速高精密主轴，主轴形状误差与回转精度往往在同一数量级，不能忽略，所以需要误差分离技术将圆度误差与回转误差分离。另外对于像主轴回转误差这种模拟量的测试过程中往往伴随着噪声和高频信息的干扰，因此对于有用信号的提纯也至关重要。所以有必要研究一种主轴回转误差测试分析系统来有效的测量回转误差。
【发明内容】
[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种主轴回转误差测试分析系统，将主轴的圆度误差与回转误差分离，为主轴运行状态监测提供依据。
[0005]为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0006]一种主轴回转误差测试分析系统，包括硬件部分和软件系统，硬件部分包括支架或磁性表座、激光位移传感器、信号连接线、信号转接板和信号采集卡，支架或磁性表座固定在主轴上，激光位移传感器与支架或磁性表座相连来采集主轴径向位移跳动信号，激光位移传感器的信号输出端通过信号连接线、信号转接板和信号采集卡的输入端相连，信号转接板将两个以上的激光位移传感器按统一格式输出；软件系统安装于计算机上，计算机利用测试软件与信号采集卡的输出端通信，获取激光位移传感器的位移信号，然后进行滤波算法、分离算法分析处理，将圆度误差和回转误差分离出来并显示。
[0007]所述的支架装夹在主轴上不随主轴转动，支架上面有四个供激光位移传感器安装的孔。
[0008]所述的硬件部分的数据采集按采集方式分为两点法采集和三点法采集，两点法采集用两个相差90度激光位移传感器测量；三点法采集用三个激光位移传感器测量，夹角通过优化算法获取，选45度和96.5度，角度的安装误差应在正负0.5度。
[0009]所述的软件系统即测试软件包括信号预处理，时域分析，幅值谱分析，频域分析和时频分析，通过频域分析获得信号的工频和高速电主轴的实时转速，通过对主轴采集到的信号进行上述处理，实现状态识别并进行相应的诊断。
[0010]所述的滤波算法包括低通滤波和谐波小波滤波。
[0011]所述的分离算法是用三点法误差分离技术对采集信号进行分离，分离出圆度误差和回转误差。
[0012]本发明可以快速和准确的获得主轴的圆度误差和回转误差，测试简单、实用。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明的结构原理图。
[0014]图2是本发明的工作原理流程图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本发明作进一步的描述。
[0016]参照图1，一种主轴回转误差测试分析系统，包括硬件部分和软件系统，硬件部分包括支架或磁性表座、激光位移传感器、信号连接线、信号转接板和信号采集卡，支架或磁性表座固定在主轴上，激光位移传感器与支架或磁性表座相连来采集主轴径向位移跳动信号，激光位移传感器的信号输出端通过信号连接线、信号转接板和信号采集卡的输入端相连，信号转接板将两个以上的激光位移传感器按统一格式输出；软件系统安装于计算机上，计算机利用测试软件与信号采集卡的输出端通信，获取激光位移传感器的位移信号，然后进行滤波算法、分离算法分析处理，将圆度误差和回转误差分离出来并显示。
[0017]所述的支架装夹在主轴上不随主轴转动，支架上面有四个供激光位移传感器安装的孔。
[0018]所述的激光位移传感器较常用的电涡流传感器测量更加精确，适用的被测体更多。
[0019]所述的硬件部分的数据采集按采集方式分为两点法采集和三点法采集，两点法采集用两个相差90度激光位移传感器测量；三点法采集用三个激光位移传感器测量，夹角通过优化算法获取，可选45度和96.5度，角度的安装误差应在正负0.5度左右。
[0020]所述的软件系统即测试软件包括信号预处理，时域分析，幅值谱分析，频域分析和时频分析，通过频域分析获得信号的工频和高速电主轴的实时转速，通过对主轴采集到的信号进行上述处理，实现状态识别并进行相应的诊断。
[0021]所述的滤波算法包括低通滤波和谐波小波滤波，低通滤波能有效的去除高频噪声干扰。谐波小波是在小波理论的基础上发展起来的，克服了小波变换隔点采样二进方式可能会丢失信号的细节成份、在频域具有明显的移相特性等不足，具有等采样点数的任意频带无能量泄露、频域紧支、“盒形”频谱的优良特性。实际运行中主轴会受到各种干扰因素的影响，采用误差分离技术得到的回转误差常常表现为复杂的形状，可能会对主轴运转正常与否造成误判，借助谐波小波优良特性，对信号进行重构，可以提取感兴趣频带的提纯回转误差，然后对其进行详细分析。
[0022]所述的分离算法是用三点法误差分离技术对采集信号进行分离，分离出圆度误差和回转误差。
[0023]本发明的工作原理为:
[0024]参照图2，先设置实验参数，即设定采样方式、采样通道、主轴转向、主轴转速、采样频率和采样时间；通过硬件部分的激光位移传感器采集主轴径向位置信号，同步采集、同步显示；再通过软件系统对信号进行时域、频域分析，可实现状态识别并进行相应的诊断；然后对信号进行去均值、低通滤波和谐波小波滤波，采样方式是两点法则直接显示回转误差图形，采样方式是三点法则用三点法分离技术进行处理后分别显示圆度和回转误差；最后依据分析结果进行性能评估和故障诊断。
[0025]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实例的影响，上述实例和说明书中描述的知识说明本发明的原理，在不脱离本发明构思的前提下，进行简单的推演和变换，都应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种主轴回转误差测试分析系统，包括硬件部分和软件系统，其特征在于:硬件部分包括支架或磁性表座、激光位移传感器、信号连接线、信号转接板和信号采集卡，支架或磁性表座固定在主轴上，激光位移传感器与支架或磁性表座相连来米集主轴径向位移跳动，激光位移传感器的信号输出端通过信号连接线、信号转接板和信号采集卡的输入端相连，信号转接板作用是将两个以上的激光位移传感器按统一格式输出；软件系统安装于计算机上，计算机利用测试软件与信号采集卡的输出端通信，获取激光位移传感器的位移信号，然后进行滤波算法、分离算法分析处理，将圆度误差和回转误差分离出来并显示。
2.根据权利要求1所述的一种主轴回转误差测试分析系统，其特征在于:所述的支架装夹在主轴上不随主轴转动，支架上面有四个供激光位移传感器安装的孔。
3.根据权利要求1所述的一种主轴回转误差测试分析系统，其特征在于:所述的硬件部分的数据采集按采集方式分为两点法采集和三点法采集，两点法采集用两个相差90度激光位移传感器测量；三点法采集用三个激光位移传感器测量，夹角通过优化算法获取，选45度和96.5度，角度的安装误差应在正负0.5度。
4.根据权利要求1所述的一种主轴回转误差测试分析系统，其特征在于:所述的软件系统即测试软件包括信号预处理，时域分析，幅值谱分析，频域分析和时频分析，通过频域分析获得信号的工频和高速电主轴的实时转速，通过对主轴采集到的信号进行上述处理，实现状态识别并进行相应的诊断。
5.根据权利要求1所述的一种主轴回转误差测试分析系统，其特征在于:所述的滤波算法包括低通滤波和谐波小波滤波。
6.根据权利要求1所述的一种主轴回转误差测试分析系统，其特征在于:所述的分离算法是用三点法误差分离技术对采集信号进行分离，分离出圆度误差和回转误差。
【文档编号】B23Q17/00GK104227501SQ201410340992
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】梅雪松, 徐仁恺, 胡振邦, 姜歌东, 陶涛, 张东升 申请人:西安交通大学