氣靜壓主軸旋轉精度量測方法

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1、中國機械工程學會第二十四屆全國學術研討會論文集中原大學桃園、中壢中華民國九十六年十一月二十三日、二十四日論文編號：D12-0038氣靜壓主軸旋轉精度量測方法112113331李志鴻、康淵、朱明輝、李興漢、張永鵬、石世雄、黃仁明、康乃勤、李俊昱1中原大學機械學系2東南科技大學機電科技學系3中山科學研究院摘要隨後的研究者係以幾何的概念來量測工具機主本文以空氣靜壓主軸作為研究對象，綜述主軸旋軸旋轉運動的徑向、軸向及傾角誤差[15~16]，1989轉誤差測量理論和測量方法，介紹主軸旋轉誤差測試年以後，由於數值控制工具機及自動化量測機台的量系統的測量原理，通過對兩

2、點法誤差分離技術實施測產1，研究者的焦點便移轉到旋轉運動誤差的線上及試及研究，尋求方便且準確的計算方法，適用於高速自動檢測[17]。及高精度主軸，以提供主軸線上靜態及動態旋轉精度2.理論分析量測，基於此目的，以虛擬儀器技術，開發人機介面圖控軟體，撰寫訊號擷取程式，配合測量方法的理論2.1旋轉主軸運動誤差的分類原理，建置實驗硬體設備及流程，發展滿足主軸旋轉在主軸部件中，由於存在主軸軸頸的圓度誤精度的即時數據採集系統，同時為鑑別主軸固有特差，軸承本身的變形誤差，軸承之間的同軸度誤差，徵，設計主軸動柔度測試系統，用於本文之主軸動柔主軸和軸承端面對軸線的垂直度誤

3、差等原因，主軸在度實驗研究。每一個瞬間旋轉軸線的空間位置都是變動的，也就是關鍵字:空氣主軸、誤差分離、精度量測、虛擬儀器、存在旋轉誤差。動柔度。CIRP於1976年發表的統一文件中，對誤差運動的涵義及分類作了以下的說明。1.前言主軸的旋轉誤差運動可以分解為三種基本運隨著高速機床的引進，機械加工已朝超精密技術動：純徑向運動、純軸向運動和純角度擺動，其中純發展，檢測精度也朝向微米級甚至奈米級邁進，檢測徑向運動與純角度擺動合成為徑向跳動；純軸向運動方式亦從靜態測量進展到動態高轉速的線上自動化與純角度擺動合成為端面運動。檢測。理想主軸旋轉軸線在空間的位置是固定不

4、變由於軸承及結構的變形，動態外力作用，使加工的。然而由於各種誤差的存在，主軸旋轉軸線的位置工件與刀具之間相對運動產生偏差，其中最主要的偏是隨時變動的。所以，主軸旋轉精度有下列相關的基差為旋轉運動誤差[1]，對於此項動態誤差的理論研本概念究，起源於1956年F.J.Ellert對機器回饋控制系統的探(1)理想旋轉中心：主軸旋轉時，其任一截面上討[2]，此後的研究發展，係藉由測量旋轉運動徑向誤唯一速度為零的點；差為參數的回饋控制，來改善工具機的加工精度。(2)理想旋轉軸線：理想旋轉中心的連線；旋轉運動徑向誤差的量測訊號，包含旋轉體的形(3)瞬時旋轉中心：主軸

5、在實際旋轉中，存在著狀誤差與旋轉軸的裝配誤差與旋轉運動誤差，如何有一個其位置任意變化的旋轉中心；效分離三者誤差成為研究的重點，至今提出有反向法(4)瞬時旋轉軸線：各截面瞬時旋轉中心連線；[3]、多步法[4]、三點法[5~6]、四點法[7]及混合以上(5)平均旋轉軸線：主軸在一轉或數轉內諸多瞬方法之混合法[8]，其中以三點法最常被採用。對於形時旋轉軸線的平均軸線。狀誤差的評定方法有最小區域法[9]與最小平方法旋轉中心是在某一時間內對旋轉軸的旋轉運動[10]，其中以最小平方法最常被採用。進行平均計算的結果，因此旋轉中心在軸上的位置並國際間關於主軸旋轉誤差有許

6、多規範，1967年美非唯一固定不變，而是與被觀測的旋轉運動信號的樣國J.B.Bryan對於旋轉軸的定義及測試，提制定統一本長度密切相關。旋轉軸的誤差運動週期性越強，旋且明確的定義及公式[11]。1972年美國國家標準協會轉中心在軸上的位置誤差變動越小。(AmericanNationalStandardsInstitute)頒布旋轉軸的主軸上任一點的運動，都可以分解為隨同一截面統一標準，1975年多國翻成譯本[12]。1985年美國國內主軸實際旋轉軸線對平均旋轉軸線的運動，和該點家標準(ANSI/ASMEB89.3.4M)制定旋轉軸測試的說對實際旋轉軸線的

7、相對運動。實際旋轉軸線對平均旋明與方法[13]，1996年國際標準組織(ISO)以幾何精度轉軸線的位移運動改變了刀具和工件之間的相對位的概念，對工具機在無負荷下的操作狀態，訂定統一置，影響了加工後的幾何精度。切削點對於實際旋轉的標準[14]。CSME-4185中國機械工程學會第二十四屆全國學術研討會論文集中原大學桃園、中壢中華民國九十六年十一月二十三日、二十四日論文編號：D12-0038軸線的位移運動影響了被加工表面的粗糙度。主軸實可表示為際旋轉軸線對平均旋轉軸線的誤差運動則稱為主軸f(e,α)=Max.{r(e,α)}(3)o旋轉軸線的誤差運動，於是得

8、到旋轉誤差的定義：主2.4.3最大內切圓(MaximumInscribedCir