主轴回转误差精度测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术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，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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机床加工
，具体是指一种机床主轴回转误差精度测试装置。
技术介绍
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究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究，并且取得了一定的成果。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。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。到1970年，捷克机床研究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。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。
技术实现思路
本专利技术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。为实现上述目的，本专利技术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。本专利技术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。附图说明图1是本专利技术测试实验系统总体设计框图；图2是本专利技术单片机硬件电路原理简图；图3是本专利技术滤波电路采样信号频谱混叠现象图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术作详细的说明。本专利技术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—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。根据设计总体方案要求，本专利技术所述测试装置硬件控制部分主要采用了如下芯片：(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。(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。(3)A/D转换芯片：AD1674，12位转换精度，可接入±10V模拟信号。(4)RAM芯片：62256，32K字节空间，存放采集12位精度测量信号。(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，携带方便，价格比较便宜。单片机硬件原理图如2所示，系统的77LE58，通过地址锁存器74LS373进行地址/数据总线的分解，在0～7FFF数据空间内，扩展了62256(32K)RAM，作为测量数据存储器。由A15、A14、A0、RD与WR信号，通过逻辑电路组合成AD1674的所有控制信号；光电编码器A向脉冲输入信号接入外部中断T0；单片机本身的TTL电平RS232逻辑接口，通过MAX232电平转换芯片，可直接连接到上位机串口。下面分别对如图1中所示的前置放大电路和滤波电路进行详细说明。前置放大电路系统采用一个双刀双向开关，为电路设置两个放大倍数。其中，JIN0为传感器信号，其输出电压为inV；JT0是电位器，其输出电压为V；JS0是一个双刀双向开关。当开关2和3、4和5接通时，输出为Vout＝Vin此时，电路的放大倍数为A＝1，相当于同相电压放大器。当开关2和1、5和6接通时，输出为<本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.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，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐文欢，
申请(专利权)人：徐文欢，
类型：发明
国别省市：广东;44