第3期 2017年3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)03002103
D0I:10.13462/j. cnki. mmtamt.2017.03.006
No.3 Mar.2017
基于正交设计的主轴径向跳动测试工况研究
衰江"，周成一，沈亚峰,邱自学，高传耀
（1.南通大学机械工程学院，江苏南通226019;2.南通第五机床有限公司，江苏南通
226661
摘要：为更好获取主轴径向跳动信号，提高测试系统中误差分离与补偿的可靠性和稳定性，采用正交设计进行主轴径向跳动工况研究。结合工厂实际测试需求，选取合适因素及固素水平构建正交设计方案表，以减少实验次数；利用无线温度采集传输系统及激光位移传感器采集系统对主轴进行径向跳动测试。通过对装夹刀具正交实验和不同刀具正交实验结果进行极差分析，确定主轴在
5000r/min，运转120min，且安装鐘孔刀具工况下，主轴的径向跳动最大，测试效果最优，关键词：主轴；径向跳动；正交设计；优工况
中图分类号：TH161;TG502
文献标识码：A
Research on Test Condition of Spindle Radial Motion Errors Based on Orthogonal Design
YUAN Jiang' , ZHOU Cheng-yi', SHEN Ya-feng', QIU Zi-xue', GAO Chuan-yao"
( 1. School of Mechanical Engineering, Nantong University, Nantong Jiangsu 226019, China ;2. Nantong No. 5 Machine Tool Company Ltd. , Nantong Jiangsu 226661, China)
Abstract: In order to better get the spindle radial motion errors and improve the reliability and stability of the error separation and compensation in the test system, the orthogonal design was used to study the condi-tions of spindle radial motion.Combining the factory test requirements, the appropriate factors and factor levels were selected to determine the orthogonal design table and reduce the number of tests. Wireless tem-perature acquisition and transmission system and laser displacement sensor data acquisition system was used for spindle radial motion test. By means of range analysis of the clamping tool orthogonal test and the differ-ent tools orthogonal test, the optimal condition of spindle radial motion test is in 5ooOr/min, running for 120min and installing the boring tool.
Key words: spindle; radial motion errors; orthogonal design; optimal condition
0引言
随着科学技术的发展，人们对零件的加工精度要求不断提高]。一般情况下，影响机床加工精度的主要误差源有机床本身零部件的几何精度误差、热误差以及切削力等引起的振动误差、主轴回转误差等等[34]。随着现代计算机技术、传感器技术的不断发展，机床的切削力误差和几何精度误差已经在某种程度上得到了改善与解决，而机床主轴在高速运转过程申引起的回转误差逐步成为影响机床加工精度的最重要和最难以解决的间题(6]。主轴作为数控机床的重要部件，由于加工、制造和要装等原因，实际上机床主轴的质心都会偏离其旋转轴线，使主轴在高速旋转时产生径间跳动，从而直接影响了数控机床的使用性能
有资料表明：测试工况是影响径向跳动信号获取质量的重要因素[3-9]。但测试工况的影响因素较多，寻优过程繁杂，很难找出最优测试工况，获取高质量径向
跳动信号。根据上述情况，本文选取影响主轴径向跳动的转速、时间和刀具等因系进行组合，针对某型号机床，分别设计装刀正交试验和换刀正交试验，通过直观分析法确定最优测试工况，为提高误差分离与补偿的可靠性和稳定性作出保障，
正交设计方法
正交试验设计是一种针对因素与水平数均较多的情况，进行优选设计的方法，通常又被简称为正交设计。它是从所有因系中筛选出部分代表性较强的因素，进行合理安排、科学分析实验，是一种十分有效的数理统计方法。同时，也是基于工程经验与专业理论借助一种规格化的“正交表”，并从大量的试验中挑选出特征明显、具有示范作用的条件，合理地安排各因素实验，然后对结果进行相关统计，以寻求最优的因素水平组合，最终确定优方案的一种优选设计方法[0-2]
本文结合主轴径向跳动测试工况实验提出正交设计具体步骤，步骤如下：
收稿日期：20160705；修回日期：20160803
*基金项目：南通市重大科技创新专项(XA2014011)资助；江苏省前照性联合研究项目（BY2016053-04）
作者简介：袁江（1968—），男，江苏南通人，南通大学教投，碳士，研究方向为机电系统测控技术，（E-mail)yuanjiang68@126.com，万方数据