主轴回转误差分析仪操作指引.docx

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主轴回转误差分析仪操作指引

机器、客户、地点

主轴回转误差分析仪操作指南

关于测量机床的运行测试介绍的指南

根据 ISO 和 ANSI 标准，随后有一份测试报告模板。

根据需要，报告模板可针对各种独特的情况进行修改和个性化编辑。

相关标准：

∙ ANSI/ASME 标准 B5.54-2005，“CNC 加工中心性能评估方法”

∙ ANSI/ASME B5.57-1998，“CNC 车床和车削中心性能评估方法”

∙ ANSI/ASME B89.3.4，“旋转轴，具体说明和测试方法”

∙ ISO230-3，“热效应测定”

∙ ISO230-7，“旋转轴的几何精确度”

1

机器、客户、地点

结构运动（主轴停转）

相关标准部分

∙ ISO 230-7，5.3

∙ ASME B5.54，6.3

∙ ASME B5.57，6.3

状态

1. 机器通电，主轴未旋转，传动、辅助设备、液压设备关闭（电子停机状态）

2. 机器通电，主轴未旋转，传动、辅助设备、液压设备打开（进给保持状态）

SEA 测量窗

探头量表

示波器和 FFT 功能均可视情况用于振动分析

使用的探头/轴

X、X2、Y、Y2、Z

目的

初始测试，用以确定：

∙安装的牢固性（例如，因界面板不牢固而引发探头巢中出现振动、安装不良）

∙由于外部源（例如，地面振动）和内部源（例如润滑泵、控制器设置不佳），在机器的结

构环中出现的振动。

∙电气错误源存在的可能性（例如，EMC 引起的测量噪声）。

执行测试

传动关闭（电子停机状态）

针对各探头/通道，

1. 重置探头量表的 TIR。

2. 等候 5 秒钟

3. 记录通道的 TIR。

传动、辅助设备、液压设备打开（进给保持状态）

针对各探头/通道，

1. 重置探头量表的 TIR。

2. 等候 5 秒钟

3. 记录通道的 TIR。

示波器和 FFT 显示功能可被用来评估振动频率以及重复或间歇性振动的幅值。

慢速测试设置

条件

主轴的旋转转速低于 60RPM（传动或手动转动）

使用的探头/轴

X、X2、Y、Y2、Z

SEA 测量窗

探头量表

示波器

目的

当机器的主轴正在缓慢旋转时，进行测量以检查设置。

执行测试

当主轴旋转时，重置并观察探头量表上的 TIR 指示器，以获得各通道的显示数据。

在完整的旋转期间，验证所有通道仍然在范围内

验证标准球的偏心

典型的偏心量为 25-50µm 或者为预计主轴回转误差最大值的 10 倍。

如果使用编码器来触发 SEA 测量，则无需任何偏心。

2

机器、客户、地点

环境温度变化误差 （ETVE）

相关标准部分

∙ ISO 230-3，5

∙ ASME B5.54，6.2

∙ ASME B5.54，6.2.1

条件

测试前：

机器必须在环境温度下浸泡至少 12 小时，在此期间，主轴处于非激活状态。

测试期间：

机器处于“进给保持”状态下。

测试期间，周围的环境条件必须是机器实际操作期间

的典型条件。

使用的探头/轴

X、X2、Y、Y2、Z

温度传感器

SEA 测量窗

热

记录的值

X、Y、Z 轴的位置漂移

倾斜（X，Y）

空气温度

主轴鼻端温度

任何其他感兴趣的表面温度

目的

工件对工具的相对位移已被测量，并被存储用于此测试。

这些测量显示了因此机器的典型环境条

件而产生的主轴漂移误差的大小。

执行测试

安装探头和标准球

放置温度传感器，以测量空气温度

将温度传感器放置在主轴鼻端上

根据需要，放置其他温度传感器

浸泡后，将热样本时间设置为 60 秒，总持续时间为 4 小时（最少）至 24 小时（最佳）。

运行测试

在表格中记录样本结果，并插入图表截图。

热漂移

相关标准部分

∙ ISO 230-3，6

∙ ASME B5.54，7.6.2

∙ ASME B5.57，7.6.2

条件

测试前：

机器必须在环境温度下浸泡至少 12 小时，在此期间，主轴处于非激活状态。

测试期间：

以最大速度的 75% 旋转主轴

使用的探头/轴

X、X2、Y、Y2、Z

SEA 测量窗

热

记录的值

X、Y、Z 轴的位置漂移

倾斜（X，Y）

大气温度

主轴头温度

3

机器、客户、地点

目的

工件对工具的相对位移已被测量，并被存储用于此测试。

这些测量显示了因机器预热期间主轴产

生的热量而导致的主轴漂移误差的大小，并可帮助确定适应主轴冷却系统中的规格和缺陷所需的

最少主轴预热时间。

执行测试

安装探头和标准球

放置温度传感器，以测量空气温度

将温度传感器放置在主轴鼻端上

根据需要，放置其他温度传感器

浸泡后，将热样本时间设置为 5 秒，总持续时间为  60 分钟。

运行测试

在表格中记录样本结果，并插入图表截图

初始转速范围测试

状态

旋转主轴，从低 RPM 渐进至最大 RPM（注意：

请勿超出标准球允许的最大 RPM）。

使用的探头/轴

X、Y、Z

SEA 测量窗

径向旋转或固定敏感度

轴向

示波器（可选）

分析设置

记录的值

径向

同步误差

非同步误差

TIR X

TIR Y

轴

基本运动误差

剩余同步运动误差

非同步运动误差

TIR（总指示跳动量）

目的

确定出现问题的主轴转速，以便在全面分析期间进行进一步研究

执行测试

观察/记录整个主轴速度范围内的同步和非同步运动误差。

每次更改转速后，请点击“分析设置”窗口中的“设置目标 RPM 至测量的

RPM”按钮。

此举可调整 DAQ 至适合此转速的采样率。

查看最佳转速（最小的运动误差）和最次转速（最大的运动误差）。

在全面分析期间，请特别注

意最次转速，以了解是否可以找到原因/补救措施。

4

机器、客户、地点

全面分析

对于全面分析来说，执行测量的转速为至少 5

等分主轴的转速范围。

典型的工作转速应该明确地在本测试中加以使用。

需要 10%、50% 和 100%

全速的 ANSI 标准需被包含在内。

对于这些测试来说，测量结果可被单独存储（以ASCII

代码），并可在测量完成后用于详细的分析。

径向固定敏感度和轴向（机床、车削中心和磨床）

相关标准部分

∙ ISO 230-7，5.5

∙ ASME B5.57，7.5.3

条件

以选定的转速（包括正常使用的通用转速）旋转主轴。

使用的探头/轴

X、Z

SEA 测量窗

径向固定敏感度

轴向

在各转速下记录的值

X（径向）运动误差：

TIR、同步、非同步、总计

Z（轴向）运动误差：

基本、剩余、同步、总计

主轴转速

目的

测量主轴的运动误差，以确定机器的性能和健康运转情况

执行测试

将要分析的旋转次数设为 32。

在报告表中，记录针对各选定速度的所有运动误差值。

径向和轴向旋转敏感度（所有机床）

相关标准部分

∙ ISO 230-7，5.4

∙ ASME B5.54，7.5.3

∙ ASME B5.57，7.5.4

条件

以选定的转速（包括正常使用的通用转速）旋转主轴。

使用的探头/轴

X、Y、Z

SEA 测量窗

径向旋转敏感度

轴向

在各转速下记录的值

X、Y（径向）运动误差：

TIR、同步、非同步、总计

Z（轴向）运动误差：

基本、剩余、非同步、总计

主轴转速

目的

测量主轴的运动误差，以确定机器的性能和健康运转情况

执行测试

将要分析的旋转次数设为 32。

在报告表中，记录针对各选定转速的所有运动误差值。

5

机器、客户、地点

倾斜 - 固定敏感方向

相关标准部分

∙ ISO 230-7，5.5.5

∙ ASME B5.57，7.5.3.4

条件

以选定的转速（包括正常使用的通用转速）旋转主轴。

使用的探头/轴

X、X2 或 Y、Y2

SEA 测量窗

倾斜 - 固定敏感方向

在各转速下记录的值

轴向、倾斜运动误差：

同步、非同步、总计

主轴转速

目的

测量主轴在不同转速和/或温度下的倾斜情况

执行测试

在报告表中，记录针对各选定转速的所有运动误差值。

漂移与 RPM

条件

以选定的转速（包括正常使用的通用转速）旋转主轴。

使用的探头/轴

X、X2、Y、Y2 和 Z

SEA 测量窗

漂移与 RPM

在各转速下记录的值

在各轴中的漂移和倾斜

主轴转速

目的

当主轴转速在一个短时间内逐步增加时，测试主轴在 X、Y、Z

轴中的位置漂移（位移）情况，以及 X 和 Y

轴的倾斜情况。

当主轴转速增加时，主轴部件内的机械负荷发生变化（即离心力发生变化，预负

荷发生变化），从而影响主轴的相对位置。

此测试还可揭示主轴轴承的预负荷的实际状态。

执行测试

当测试完成时，请记录在各转速下增加和减少而引起的各轴的位置漂移情况，并插入图表截图。

6

日期

机器 ID

位置

操作员

报告作者

项目

订单

备注

机器、客户、地点

主轴回转误差测量报告

7

软件

Lion Precision 主轴回转误差分析仪

版本

电子器件

模块系统

型号

Elite 系列或

CB7（灰色和黑色）

序列号

最后校准日期

测量范围

灵敏度（低）

高灵敏度（如适用）

探头/通道 1

序列号

分辨率

探头/通道 2

序列号

分辨率

探头/通道 3

序列号

分辨率

探头/通道 4

序列号

分辨率

探头/通道 5

序列号

分辨率

标准球

25.4 毫米（1 英寸）单标准球

序列号

圆度

xxx nm

25.4 毫米（1 英寸）双标准球

序列号

上球圆度

xxx nm

下球圆度

xxx nm

12.7 毫米（0.5 英寸）单标准球

序列号

圆度

xxx nm

25.4 毫米（1 英寸）圆柱体

序列号

圆度

xxx nm

机器、客户、地点

测量系统

现已使用下列测量设备对机器主轴的精确度进行测量并加以分析：

测量系统校准具有 NIST 可追溯性。

8

通道

轴

1

2

3

4

5

机器、客户、地点

测量设置

照片

XX

XX 图片放于此处

通道分配

X2Y2

定义/缩写词

TIR：

总指示跳动量

Synch：

同步运动误差

Asynch：

非同步运动误差

Fund：

基本运动误差

RPM：

每分钟转速

已测量的运动误差

热漂移（ASME B5.54、ASME B5.57、SO 230-3）

旋转运动误差（ASME B5.54、ASME B5.57、ASME

89.3.4、ISO 230-7）：

同步运动误差

非同步运动误差

总运动误差。

漂移与 RPM

X

Y

Z

9

机器通电，关闭传动、辅助设备和液压设备

探头/轴

5 秒 TIR（微米）

X

X2

Y

Y2

Z

机器通电，打开传动、辅助设备和液压设备

探头/轴

5 秒 TIR（微米）

X

X2

Y

Y2

Z

机器、客户、地点

结构运动（主轴停转）

相关标准部分

∙ ISO 230-7，5.3

∙ ASME B5.54，6.3

∙ ASME B5.57，6.3

条件

机器通电、轴激活、主轴未旋转。

需要测量的探头/轴

X、X2、Y、Y2、Z

目的

初始测试，用以确定：

∙安装的牢固性（例如，因界面板不牢固而引发探头巢中出现振动、安装不良）

∙由于外部源（例如，地面振动）和内部源（例如润滑泵、控制器设置不佳），在机器的结

构环中出现的振动。

∙电气错误源存在的可能性（例如，EMC 引起的测量噪声）。

结果

结构运动评价：

10

持续时间

位移（微米）

温度 （°C）

X

Y

Z

X 倾斜

Y 倾斜

空气

主轴

T3

T4

T5

机器、客户、地点

环境温度变化误差 （ETVE）

相关标准部分

∙ ISO 230-3，5

∙ ASME B5.54，6.2

∙ ASME B5.54，6.2.1

条件

测试前：

机器必须在环境温度下浸泡至少 12 小时，在此期间，主轴处于非激活状态。

测试期间：

机器处于“进给保持”状态下。

测试期间，周围的环境条件必须是机器实际操作期间

的典型条件。

使用的探头/轴

X、X2、Y、Y2、Z

温度传感器

目的

工件对工具的相对位移已被测量，并被存储用于此测试。

这些测量显示了因此机器的典型环境条

件而产生的主轴漂移误差的大小。

结果（测试期间，各项测量的范围  [TIR]）

ETVE  图表

插入图表截图

ETVE 备注：

11

持续时间

位移（微米）

温度 （°C）

X

Y

Z

X 倾斜

Y 倾斜

空气

主轴

T3

T4

T5

机器、客户、地点

热漂移

相关标准部分

∙ ISO 230-3，6

∙ ASME B5.54，7.6.2

∙ ASME B5.57，7.6.2

条件

测试前：

机器必须在环境温度下浸泡至少 12 小时，在此期间，主轴处于非激活状态。

测试期间：

以 75% 的最大速度旋转主轴

使用的探头/轴

X、X2、Y、Y2、Z

目的

工件对工具的相对位移已被测量，并被存储用于此测试。

这些测量显示了因机器预热期间主轴产

生的热量而导致的主轴漂移误差的大小，并可帮助确定适应主轴冷却系统中的规格和缺陷所需的

最少主轴预热时间。

结果（测试期间，各项测量的范围  [TIR]）

热漂移图

插入图表截图

热漂移评价：

12

值得注意的转

速

RPM

径向 （µm）

轴向 （µm）

最优

最次

同步运动

误差

非同步运

动误差

TIR X

基本运动

误差

非同步运

动误差

TIR

机器、客户、地点

初始速度范围测试

条件

旋转主轴，从低 RPM 渐进至最大 RPM（注意：

请勿超出标准球允许的最大 RPM）。

使用的探头/轴

X、Y、Z

目的

确定出现问题的主轴转速，以便在全面分析期间进行进一步研究

结果

备注：

13

RPM

径向 （µm）

轴向 （µm）

同步运动

误差

非同步运

动误差

TIR X

基本运动

误差

剩余运动

误差

非同步运

动误差

TIR

机器、客户、地点

径向和轴向固定敏感度（机床、车削中心和磨床）

相关标准部分

∙ ISO 230-7，5.5

∙ ASME B5.57，7.5.3

条件

按照 10%、50% 和 100%

的最大速度以及其他选定的速度（包括正常使用的通用速度）旋转主轴。

使用的探头/轴

X、Z

目的

测量主轴的运动误差，以确定机器的性能和健康运转情况

结果

固定敏感度评价：

14

RPM

径向 （µm）

轴向 （µm）

同步运动

误差

非同步运

动误差

TIR X

TIR Y

基本运动

误差

剩余运动

误差

非同步运

动误差

TIR

机器、客户、地点

径向旋转敏感度和轴向（所有机床）

相关标准部分

∙ ISO 230-7，5.4

∙ ASME B5.54，7.5.3

∙ ASME B5.57，7.5.4

条件

按照 10%、50% 和 100%

的最大转速以及其他选定的转速（包括正常使用的通用转速）旋转主轴。

使用的探头/轴

X、Y、Z

目的

测量主轴的运动误差，以确定机器的性能和健康运转情况

旋转敏感度评价：

15

RPM

X 倾斜 （µRad）

Y 倾斜 （µRad）

同步

非同步

同步

非同步

机器、客户、地点

倾斜 - 固定敏感方向

相关标准部分

∙ ISO 230-7，5.5.5

∙ ASME B5.57，7.5.3.4

条件

按照 10%、50% 和 100%

的最大速度以及其他选定的速度（包括正常使用的通用速度）旋转主轴。

使用的探头/轴

X、X2 或 Y、Y2

目的

测量主轴在不同速度和/或温度下的倾斜情况

倾斜评价：

16

RPM

位移 （µm）

倾斜 （µRad）

X

Y

Z

X

Y

降低RPM

增加RPM

机器、客户、地点

漂移与 RPM

条件

按照 10%、50% 和 100%

的最大转速以及其他选定的转速（包括正常使用的通用转速）旋转主轴。

使用的探头/轴

X、X2、Y、Y2 和 Z

目的

当主轴转速在一个短时间内逐步增加时，测试主轴在 X、Y、Z

轴中的位置漂移（位移）情况，以及 X 和 Y

轴的倾斜情况。

当主轴转速增加时，主轴部件内的机械负荷发生变化（即离心力发生变化，预负

荷发生变化），从而影响主轴的相对位置。

此测试还可揭示主轴轴承的预负荷的实际状态。

漂移与 RMP 评价：

17

机器、客户、地点

最终评价：

18