全机能数控车床的主轴测试方法

时间：2024-07-28

薛佟

（沈阳机床股份有限公司辽宁沈阳 110142）

1 机床的振动检测

1.1 检测目的

卧式40规格车床在制造方内部切削规范要求下，进行不同切削标准的振动烈度测试，给出32和40切削标准下主轴、刀架及尾台的振动烈度。

1.2 检测仪器及方法

（1）检测仪器及仪器编号：B&K振动测试分析仪

（2）检测方法：加速度传感器测振动烈度

1.3 检测内容及过程

（1）振动烈度（m/s）测试

按照制造方提供的测试要求，在切削规范的32和40标准下进行切削振动试验。

注：（以下切削参数为制造方提供的切削规范）

32切削规范——①切削工件直径为65mm；②切槽部位在距离卡盘端面处100mm（即工件直径的1.5倍）；③选取槽刀的刀宽为5mm；④主轴转速为490rpm；⑤进给为0.1mm/rad；⑥切深为10mm。

40切削规范——①切削工件直径为80mm；②切槽部位在距离卡盘端面处120mm（即工件直径的1.5倍）；③选取槽刀的刀宽为5mm；④主轴转速为490rpm；⑤进给为0.1mm/rad；⑥切深为10mm。

超40切削规范——①切削工件直径为100mm；②切槽部位在距离卡盘端面处150mm（即工件直径的1.5倍）；③选取槽刀的刀宽为5mm；④主轴转速为320rpm；⑤进给为0.1mm/rad；⑥切深为10mm。

传感器方向指示：传感器接线方向为X向，传感器吸附方向为Z向，Y向与X、Z向正交。传感器布置位置为：1号传感器位于主轴端；2号传感器位于刀架；3号传感器位于尾台。其中1～3号传感器X、Y、Z三方向测得的数据对应数据图排版见表1。

图1 传感器布置位置图

表1 传感器序号与数据图对照表

图2 在32规范下的切削振动烈度

图3 在40规范下的切削振动烈度

图4 在超40规范下的切削振动烈度

1.4 检测结果分析

（1）在上述32和40标准切削规范下进行切削，切削振动测试结果显示没有发生颤振现象，切削试件通过。

（2）初步进行超标准测试，直径100mm的工件切削测试不通过。

（3）下一步进行极限能力测试，加大刀宽、提高主轴转速和进给速度，进行切削振动测试。

2 主轴静刚度测试

2.1 检测目的

主轴静刚度是指车床主轴在静态作用力下，在X和Z方向上抵抗刀具与零件的部件间相对位移变化的能力。机床主轴静刚度的好坏直接影响机床的加工性能和表面质量，可以反映出机、机床机械结构、工艺和装配的合理性和可靠性。

2.2 检测仪器及方法

（1）检测仪器及仪器编号：永正称重传感器101BH

（2）检测方法：采用力的大小与变形量之间是近似线性的关系，可以通过力的增量和位移的增量计算出静刚度的平均值，也可以用逐差法和最小二乘法对数据进行处理，得到主轴的静刚度。

2.3 检测内容及过程

通过称重传感器向夹持在主轴上的圆棒加力。力的大小是等间距的（50kg，100kg，150kg…）；力的方向分别沿X、Z向；力的作用点在每次实验中位于圆棒上相同的位置。千分表的磁力座固定于机床不同位置上，在施力的同时，读出主轴端在相应方向上的变形。

2.4 检测结果

施力点与检测点的安放位置按照图5所示尺寸布置，在位置距离不变的情况下，对数据进行2次测量。在以后类似机床实验中同样以此方式进行实验，来进行对比分析。

图5 检测仪器位置图

（1）机床X向综合静刚度实验（千分表固定在刀盘上）

表2 机床X向预加载荷及主轴径向位移尺寸表

绘出如6所示下机床静刚度曲线图：

图6 机床X轴向静刚度曲线图

（2）机床Z向综合静刚度实验（千分表固定在刀盘上）

表3 机床Z向预加载荷及主轴轴向位移尺寸表

绘出如图7所示下机床静刚度曲线图：

图7 机床Z向综合静刚度曲线图

由于千分表和表杆在连接时存在灵敏度误差和配合误差，因此数据表中存在当载荷变化，千分表的读数不动的情况，此读数不得作为有效数据。只有当千分表的读数随载荷的变化而变化时，此读数才有效。为了减少误差，不影响结果，需要分两次测量取平均值，按照图5的方式去计算主轴静刚度，线性较差的部分不记入计算过程。

3 主轴动平衡测试

3.1 检测的目的

振动是评判旋转部件运行状态平稳的重要指标。解决主轴旋转部件失衡，降低主轴摇摆振动是机床设计时的重要技术课题。进行主轴动平衡测试时，需要使用申克便携式动平衡仪。在主轴端设置振动检测点，检测在设定转速下主轴某点的振动速度，同时对主轴端进行配重，使其达到好的平衡效果。

3.2 检测仪器及方法

（1）检测仪器及仪器编号：申克便携式动平衡仪

（2）检测方法：在工件旋转时，通过检测工件的转动惯量来调整主轴动平衡。测试结果是旋转时的不平衡量存在的角度，位置，大小（克数），然后根据所得数据在相对位置调整配重块来实现主轴的平衡。根据所需要的平衡等级不同，对于转数与大小（克数）有不同的要求。

3.3 检测内容及过程

本测量采用试重法，对机床进行主轴动平衡测试。在主轴端面处放置一个加速度传感器，转速设定为3000rpm，使用动平衡仪测试其振动速度，经过初始运行，可以得到初始的振动速度和相位值，在主轴端进行配重，再经过一段运行，得到一次配重的振动速度和角度值，从而得到二次配重所需要的重量和相位值，使用天平进行称重，配以相同的重量和相位值。