包華言 姜雪楓 蔡仕魁

摘 要：為了改善提高某臺數(shù)控機床的位置精度，應(yīng)用激光干涉儀對其定位精度和方向間隙進行了檢測和補償。通過補償數(shù)控機床的螺距誤差最大值由原來的0.02mm降低到0.002mm。機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；精度補償

1 精度檢測與補償?shù)囊饬x

數(shù)控機床的定位精度是機床各個坐標(biāo)軸在數(shù)控系統(tǒng)控制下達到的位置精度。根據(jù)實測的定位精度數(shù)值，可以判斷機床在加工中所能達到的最好加工精度。同時數(shù)控機床各軸運動的準(zhǔn)確程度，決定數(shù)控機床的定位精度，對數(shù)控加工質(zhì)量至關(guān)重要。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織于1998年批準(zhǔn)了“數(shù)控機床位置精度的評定”的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（ISO230-2：1998）；我國制定的“數(shù)字控制機應(yīng)酬位置精度的評定方法”（GB10931-89）都對其有明確的要求[2]?，F(xiàn)今的數(shù)控機床在檢測精度時基本上都采用激光干涉儀對數(shù)控定位精度進行測量，以此來滿足現(xiàn)今國內(nèi)機床的精度要求。在測量機床的螺距誤差和進行反向間隙誤差補償時，必須要專業(yè)的人員進行操作。

2 精度檢測的概念

在實際中，通常對數(shù)控機床位置精度的檢測和補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方面。重復(fù)定位指的是同一個位置兩次定位產(chǎn)生的誤差。定位精度指的是數(shù)控設(shè)備停止時實際到達的位置和要求到達的位置誤差。反向間隙是因為絲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)的時候，在一定的角度內(nèi)，盡管絲杠轉(zhuǎn)動，但是絲母還要等間隙消除以后才能帶動工作臺運動，這個間隙就是反向間隙，但是要反映在絲杠的旋轉(zhuǎn)角度上。

3 應(yīng)用激光干涉儀對機床精度進行檢測和補償

3.1 激光干涉儀簡介

激光具有高強度、高度方向性、空間同調(diào)性、窄帶寬和高度單色性等優(yōu)點。目前常用來測量長度的干涉儀，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)成一個具有干涉作用的測量系統(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量工作，并可作為精密工具機或測量儀器的校正工作。目前市場上大多使用的是美國光動公司的激光干涉儀，所以文章就應(yīng)用美國光動公司的MCV-500為對某臺數(shù)控車床進行檢測和補償。

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；若不通過請調(diào)整LD-109激光頭與LD-14A連接板的相對位置和方向。

3.2.2 固定激光頭組。（1）將機床主軸沿被測對角線方向移動到下頂端。（2）將激光頭組用磁座固定在工作臺一角的頂端附近。（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對角線方向。

3.2.3 安裝LD-71S靶標(biāo)反光鏡組。（1）在機床主軸附近裝上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罩，在金屬保護蓋中央放上磁性對光靶標(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對角線方向。

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，連接時注意方向：紅點對紅點。（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床工作臺上。（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)磁性對光靶標(biāo)的位置。（4）使激光束打在LD-71S磁性對光靶標(biāo)中心。

3.2.6 近調(diào)靶標(biāo)。（1）在機床對角線近端位置、調(diào)整激光頭組和LD-71S反光鏡組的相對位置，使激光束打在磁性對光靶標(biāo)的中心。（2）使機床沿被測對角線方向從近端向遠端方向移動，到一定距離后、激光束將偏離磁性對光靶標(biāo)，甚至到LD-71S反光鏡的邊緣，此時應(yīng)停止機床運動，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光靶標(biāo)中心。

3.2.7 遠調(diào)光。直到對角線的最遠端、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光靶標(biāo)中心。激光干涉儀安裝完畢后開始對進行測量和補償。

3.3 機床精度的測量和補償

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

點擊：分析→誤差，進入確認測量數(shù)據(jù)（次數(shù)、正向、反向）的對話框。選擇后，點擊OK，出現(xiàn)每次測量每點的誤差值。

圖1 第一次測量的數(shù)據(jù)

誤差圖標(biāo)分析。點擊：圖表，進入圖形分析畫面。見圖2。

圖2 補償前螺距誤差圖

3.3.2 螺距誤差補償。將螺距誤差檢測的數(shù)據(jù)填到相對應(yīng)的參數(shù)中補償后數(shù)據(jù)比較，見圖3、4。

圖3 螺距誤差補償后數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語

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

參考文獻

[1]李為東.激光測量在數(shù)控機床定位中應(yīng)用[J].上海計量測試，2004（5）.

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

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