包華言 姜雪楓 蔡仕魁

摘 要：為了改善提高某臺(tái)數(shù)控機(jī)床的位置精度，應(yīng)用激光干涉儀對(duì)其定位精度和方向間隙進(jìn)行了檢測(cè)和補(bǔ)償。通過補(bǔ)償數(shù)控機(jī)床的螺距誤差最大值由原來的0.02mm降低到0.002mm。機(jī)床的精度得到較大幅度的提高。

關(guān)鍵詞：激光干涉儀；定位精度；精度補(bǔ)償

1 精度檢測(cè)與補(bǔ)償?shù)囊饬x

數(shù)控機(jī)床的定位精度是機(jī)床各個(gè)坐標(biāo)軸在數(shù)控系統(tǒng)控制下達(dá)到的位置精度。根據(jù)實(shí)測(cè)的定位精度數(shù)值，可以判斷機(jī)床在加工中所能達(dá)到的最好加工精度。同時(shí)數(shù)控機(jī)床各軸運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確程度，決定數(shù)控機(jī)床的定位精度，對(duì)數(shù)控加工質(zhì)量至關(guān)重要。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織于1998年批準(zhǔn)了“數(shù)控機(jī)床位置精度的評(píng)定”的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（ISO230-2：1998）；我國(guó)制定的“數(shù)字控制機(jī)應(yīng)酬位置精度的評(píng)定方法”（GB10931-89）都對(duì)其有明確的要求[2]?，F(xiàn)今的數(shù)控機(jī)床在檢測(cè)精度時(shí)基本上都采用激光干涉儀對(duì)數(shù)控定位精度進(jìn)行測(cè)量，以此來滿足現(xiàn)今國(guó)內(nèi)機(jī)床的精度要求。在測(cè)量機(jī)床的螺距誤差和進(jìn)行反向間隙誤差補(bǔ)償時(shí)，必須要專業(yè)的人員進(jìn)行操作。

2 精度檢測(cè)的概念

在實(shí)際中，通常對(duì)數(shù)控機(jī)床位置精度的檢測(cè)和補(bǔ)償主要包括直線軸定位精度、重復(fù)定位精度和反向間隙三個(gè)方面。重復(fù)定位指的是同一個(gè)位置兩次定位產(chǎn)生的誤差。定位精度指的是數(shù)控設(shè)備停止時(shí)實(shí)際到達(dá)的位置和要求到達(dá)的位置誤差。反向間隙是因?yàn)榻z杠和絲母之間肯定存在一定的間隙，所以在正轉(zhuǎn)后變換成反轉(zhuǎn)的時(shí)候，在一定的角度內(nèi)，盡管絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，但是絲母還要等間隙消除以后才能帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，這個(gè)間隙就是反向間隙，但是要反映在絲杠的旋轉(zhuǎn)角度上。

3 應(yīng)用激光干涉儀對(duì)機(jī)床精度進(jìn)行檢測(cè)和補(bǔ)償

3.1 激光干涉儀簡(jiǎn)介

激光具有高強(qiáng)度、高度方向性、空間同調(diào)性、窄帶寬和高度單色性等優(yōu)點(diǎn)。目前常用來測(cè)量長(zhǎng)度的干涉儀，主要是以邁克爾遜干涉儀為主，并以穩(wěn)頻氦氖激光為光源，構(gòu)成一個(gè)具有干涉作用的測(cè)量系統(tǒng)。激光干涉儀可配合各種折射鏡、反射鏡等來作線性位置、速度、角度、真平度、真直度、平行度和垂直度等測(cè)量工作，并可作為精密工具機(jī)或測(cè)量?jī)x器的校正工作。目前市場(chǎng)上大多使用的是美國(guó)光動(dòng)公司的激光干涉儀，所以文章就應(yīng)用美國(guó)光動(dòng)公司的MCV-500為對(duì)某臺(tái)數(shù)控車床進(jìn)行檢測(cè)和補(bǔ)償。

3.2 激光干涉儀的安裝步驟

3.2.1 組裝激光頭組。（1）將LD-14A連接板與LD-03P磁座連接在一起。（2）將LD-37S萬向折光鏡通過二個(gè)固定螺釘固定在LD-14A連接板上。（3）將LD-69與LD-109激光頭連接在一起。（4）將LD-109激光頭與LD-14A連接板連接在一起，使經(jīng)LD-69出射的激光束能通過LD-37S萬向折光鏡的中心；若不通過請(qǐng)調(diào)整LD-109激光頭與LD-14A連接板的相對(duì)位置和方向。

3.2.2 固定激光頭組。（1）將機(jī)床主軸沿被測(cè)對(duì)角線方向移動(dòng)到下頂端。（2）將激光頭組用磁座固定在工作臺(tái)一角的頂端附近。（3）調(diào)整激光頭組的方向及LD-37S的方向和角度、使激光頭發(fā)出的激光方向經(jīng)LD-37反射后能大致平行于被測(cè)對(duì)角線方向。

3.2.3 安裝LD-71S靶標(biāo)反光鏡組。（1）在機(jī)床主軸附近裝上LD-03A磁座和連桿。（2）在連桿上裝上LD-71S平面反射鏡、平面反射鏡上裝上金屬保護(hù)罩，在金屬保護(hù)蓋中央放上磁性對(duì)光靶標(biāo)。（3）調(diào)節(jié)LD-71S的位置和角度、使LD-71S表面大致垂直于被測(cè)對(duì)角線方向。

3.2.4 連接各種連接線。（1）用LD-21電纜線連接LD-109激光頭和P-108D處理器，連接時(shí)注意方向：紅點(diǎn)對(duì)紅點(diǎn)。（2）將IATCP（空氣壓力、溫度及材料溫度傳感器）分別連接在P-108D處理器上，并將空氣壓力、溫度及材料溫度傳感器分別安放在機(jī)床工作臺(tái)上。（3）連接P-108D處理器的電源線，為了您和儀器的安全、電源必須有良好的接地。（4）打開P-108D處理器的電源開關(guān)，激光頭正常出光。

3.2.5 激光束打在磁性對(duì)光靶標(biāo)中心。（1）調(diào)節(jié)LD-37S的方向和角度。（2）調(diào)節(jié)LD-71S靶標(biāo)平面反射鏡的位置、方向和角度。（3）調(diào)節(jié)磁性對(duì)光靶標(biāo)的位置。（4）使激光束打在LD-71S磁性對(duì)光靶標(biāo)中心。

3.2.6 近調(diào)靶標(biāo)。（1）在機(jī)床對(duì)角線近端位置、調(diào)整激光頭組和LD-71S反光鏡組的相對(duì)位置，使激光束打在磁性對(duì)光靶標(biāo)的中心。（2）使機(jī)床沿被測(cè)對(duì)角線方向從近端向遠(yuǎn)端方向移動(dòng)，到一定距離后、激光束將偏離磁性對(duì)光靶標(biāo)，甚至到LD-71S反光鏡的邊緣，此時(shí)應(yīng)停止機(jī)床運(yùn)動(dòng)，通過調(diào)整LD-37S反光鏡后面的二只微調(diào)螺釘使激光束仍打在對(duì)光靶標(biāo)中心。

3.2.7 遠(yuǎn)調(diào)光。直到對(duì)角線的最遠(yuǎn)端、通過調(diào)整LD-37S反光鏡后面的二只微調(diào)螺釘使激光束打在對(duì)光靶標(biāo)中心。激光干涉儀安裝完畢后開始對(duì)進(jìn)行測(cè)量和補(bǔ)償。

3.3 機(jī)床精度的測(cè)量和補(bǔ)償

3.3.1 螺距誤差的檢測(cè)。激光干涉儀安裝完畢后，還需要在機(jī)床上編寫相應(yīng)的精度檢測(cè)程序，使機(jī)床被檢測(cè)坐標(biāo)軸按照一定的要求自動(dòng)進(jìn)行移動(dòng)。檢測(cè)后的數(shù)據(jù)如圖1。

點(diǎn)擊：分析→誤差，進(jìn)入確認(rèn)測(cè)量數(shù)據(jù)（次數(shù)、正向、反向）的對(duì)話框。選擇后，點(diǎn)擊OK，出現(xiàn)每次測(cè)量每點(diǎn)的誤差值。

圖1 第一次測(cè)量的數(shù)據(jù)

誤差圖標(biāo)分析。點(diǎn)擊：圖表，進(jìn)入圖形分析畫面。見圖2。

圖2 補(bǔ)償前螺距誤差圖

3.3.2 螺距誤差補(bǔ)償。將螺距誤差檢測(cè)的數(shù)據(jù)填到相對(duì)應(yīng)的參數(shù)中補(bǔ)償后數(shù)據(jù)比較，見圖3、4。

圖3 螺距誤差補(bǔ)償后數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語

由圖1知，補(bǔ)償前機(jī)床機(jī)床螺距最大的誤差為0.02mm，對(duì)于較高精度的加工要求，是無法滿足的；補(bǔ)償后，由圖3知，機(jī)床機(jī)床螺距最大的誤差僅為0.002mm，精度相比補(bǔ)償前下降一個(gè)數(shù)量級(jí)，機(jī)床精度得到較大幅度的提高。

參考文獻(xiàn)

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[2]張應(yīng)平.激光測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用與拓展[J].工業(yè)測(cè)量，2003（10）.

作者簡(jiǎn)介：包華言（1993-），籍貫：上海，上海工程技術(shù)大學(xué)高職學(xué)院機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)在讀。