第4期 2017年4月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2017)04001004
D0I:10. 13462/j. cnki. mmtamt.2017.04.003
基于反转法的超精密气体主轴回转精度
测量不确定度研究陈衡12，胡秋"，许耀宇1,2
No.4 Apr.2017
(1.中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，四川绵阳621900：2.国家机床产品质量监督检验中心（四川），四川绵阳621900）
摘要：为了评定超精密主轴回转精度准确度测量结果的分散性，在自主研发的气体静压主轴回转精度测试平台上进行了反转法测试，通过试验分析了影响测量结果的各不确定度固素及其相互影响关系，并提出了综合评估测量不确定度的完整流程。评定结采可作为仪器精度的现场评估、分析环境
变化以及人员操作等对测量结果影响的依据，并为提高综合测量精度提供方向指导。关键词：反转法；超精密主轴；回转精度：误差分析
中图分类号：TH115;TG506
文献标识码：A
Uncertainty Evaluation of Aerostatic Spindle Rotation Accuracy by Donaldson Reversal Method
CHEN Heng'2, HU Qiu',XU Yao-yu'?
(1. Institute of Mechanical Manufacturing Technology, China Academe Engineering Physics, Mianyang Si chuan 621900, China;2. National Machine Tool Production Quality Supervision Testing Center( Si chuan ) , Mianyang Sichuan 621900,China)
Abstract : For assessing dispersiveness of measuring result of rotation accuracy of high precision aerostatic spindle, based on the test bed for aerostatic spindle rotation accuracy which is independently designed and developed, some work is done for analyzing uncertain factors and their influence on the measuring result of rotation accuracy of high precision aerostatic spindle, and then a comprehensive method for assessing the uncertainty of rotation accuracy is developed. Our research provides the basis for assessing local precision of Laser Tracker, and analyzing the influence of some uncertain factors ( such as environmental change and personnel operation) on measuring resultes, and it is beneficial for improving comprehensive accuracy of measurement.
Key words: donaldson reversal method; ultra-precision spindlet;rotation accuracy ;error analysis
0引言
精密、超精密气体静压主轴在国防尖端技术、超精密加工装备等领域发挥着不可替代的作用，其回转精度可达亚微米、纳米级。主轴回转精度是评定机床动态性能的一项主要指标"），其精确测量具有重要意义，传统测量回转精度多采用标准球打表法，其缺点在于用于精密、超精密气体主轴测试时标准球的安装偏心和形状误差将直接覆盖掉回转误差[2]：而采用反转法的误差分离技术则可以分离标准球的形状误差），提高回转精度测量的准确性
虽然理论上反转法能够完全消除标准球的形状误差，但是通过分析发现，在实际测量中，我们将不可避免的代人例如传感器测量球面靶标的非线性误差、传感器安装误差、环境影响等不确定因系的干扰。由于精密、超精密气体静压主轴的回转精度可达亚微米级，乃至纳米级，任何细小因素的引人都将可能影响测量结果的准
确性。因此有必要综合考虑上述各不确定因素的影响，进行系统的不确定度评定，获得可靠的测量结果。
测量装置及方法 1.1测量装置
本文测试所用气体静压主轴回转精度测试平台为自主研发装置，其结构如图1中所示，主要包括支撑架、测试平板、传感器调节组件、编码器调节组件、调心组件、标准球、电机、柔性联轴器等部件。测试平板通过水平调整件设置在支撑架上，在测试平板上表面分布有凹槽；传感器调节组件设置于凹槽之上，传感器调节组件能够调节传感器横向、纵向位置；待测主轴放置在测试平板中间孔端面上，其主轴上端设置有调心组件，调心组件包括编码器码盘、芯轴等，其上通过螺纹连接有标准球。柔性联轴器能够隔离驱动电机的振动和不同心引人的误差，调心组件具有调节标准球安装偏心、产生分度信号及索引信号的功
收稿日期：20161207：修回日期：20161228
*基金项目：四川重点研发项目"精密、超精密机床运行状态精度检测技术与装置"资助(2017GZ0057）
作者简介：陈衡(1990一），男，四川资阳人，中国工程物理研究院助理工程师，工学硕士，研究方向为机电控制及电气安全与电磁兼容检测，
(E mail)924256747@ qq- com,
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