楊夢(mèng)妍

摘 要：數(shù)控機(jī)床位置精度，就是指一臺(tái)機(jī)床的刀尖所能夠達(dá)到控制系統(tǒng)程序設(shè)定的目標(biāo)位置的能力，是數(shù)控機(jī)床使用單位最為關(guān)注的技術(shù)指標(biāo)及所能夠滿足加工精度的需求;也是評(píng)價(jià)數(shù)控機(jī)床的質(zhì)量和狀態(tài)的重要技術(shù)指標(biāo)之一。目前多采用雙頻激光干涉儀對(duì)數(shù)控機(jī)床定位精度進(jìn)行檢測(cè)和處理分析。本文通過(guò)對(duì)激光干涉儀的原理、安裝、使用及檢測(cè)后的精度補(bǔ)償，最終使數(shù)控機(jī)床定位精度得到提高，并探討數(shù)控機(jī)床位置精度的檢測(cè)與校準(zhǔn)的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：激光干涉儀;機(jī)床位置精度;檢測(cè);補(bǔ)償

1 概述

1.1 數(shù)控機(jī)床位置精度概述

數(shù)控機(jī)床的位置精度有其特殊的意義。機(jī)床的位置精度通常是指數(shù)控軸的定位精度、重復(fù)定位精度以及反向間隙。定位精度是衡量數(shù)控機(jī)床性能的重要指標(biāo)，它是表明所測(cè)量的機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件在數(shù)控系統(tǒng)控制下所能達(dá)到的精度。因此，根據(jù)實(shí)測(cè)的精度的數(shù)值，可以判斷出這臺(tái)機(jī)床在日后的加工中所能達(dá)到的最好的工件加工精度。

1.2 數(shù)控機(jī)床位置精度的使用標(biāo)準(zhǔn)

目前，國(guó)際通行的數(shù)控機(jī)床位置精度檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)有：NMTBA（美國(guó)機(jī)床制造商協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)）、JIS（日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）、VDI/DGQ（德國(guó)工程師協(xié)會(huì)/德國(guó)質(zhì)量協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)）、ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)）等，我國(guó)也同樣頒布有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 10931-89機(jī)床檢驗(yàn)通則，無(wú)論何種標(biāo)準(zhǔn)，都對(duì)數(shù)控機(jī)床的定位精度、重復(fù)定位精度以及反向間隙這三項(xiàng)給出了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。在本文中所采用的數(shù)據(jù)均是由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 230-2、中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB 10931-89所得出。

2 激光干涉儀的工作原理

激光器是光放大器裝置，它產(chǎn)生方向性很強(qiáng)的高強(qiáng)度相干光，該光束具有很單一的頻率或波長(zhǎng)。激光光束很窄又無(wú)發(fā)散，經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)的距離仍能保持同樣的強(qiáng)度，便于在各種場(chǎng)合進(jìn)行激光位移測(cè)量。所以，激光適于高精度測(cè)量。

激光線性測(cè)量常用的測(cè)量技術(shù)是干涉測(cè)量法。干涉測(cè)量的一個(gè)重要特點(diǎn)是只能測(cè)量從初始點(diǎn)開始的位移，而不能測(cè)量絕對(duì)位置。激光測(cè)量系統(tǒng)的精度取決于激光光束的波長(zhǎng)精度。測(cè)量線性距離的技術(shù)是相位比較， 通過(guò)比較被測(cè)距離的信號(hào)和參考信號(hào)之間的相位差，計(jì)算相位變化。通過(guò)相、位比較技術(shù)，測(cè)量精度很容易就達(dá)到測(cè)量距離的百萬(wàn)分之幾。

圖1為6-D傳感器直線度測(cè)量的示意圖。激光信號(hào)通過(guò)分光鏡，被引到橫向運(yùn)動(dòng)傳感器。如果沿X 軸的移動(dòng)是直線性的，光束將保持在檢測(cè)器的中心不動(dòng)。Y軸或Z軸方向上的任何對(duì)直線性的偏離，都將導(dǎo)致光束偏離檢測(cè)器中心位置，由此而引起傳感器輸出信號(hào)的變化。測(cè)量電路將這些信號(hào)變化轉(zhuǎn)變成位移讀數(shù)，且進(jìn)行數(shù)據(jù)儲(chǔ)存以備進(jìn)一步的分析。

3 應(yīng)用激光干涉儀進(jìn)行機(jī)床定位精度測(cè)量與數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用激光干涉儀進(jìn)行測(cè)試，一般會(huì)得出幾種曲線圖像，各種曲線都能明確直觀的體現(xiàn)測(cè)試軸的機(jī)械問題及系統(tǒng)問題，以下分別對(duì)各種曲線圖形進(jìn)行說(shuō)明。

（1） 平行型：此類曲線表明該測(cè)試軸的機(jī)械部分導(dǎo)軌副及絲杠副在全行程上基本平行，軸的機(jī)械性能良好。但曲線沒有重合說(shuō)明該軸反向間隙過(guò)大，需通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)反向間隙補(bǔ)償功能進(jìn)行補(bǔ)償，使得正反向曲線趨于重合。

（2） 喇叭型：此類曲線表明該測(cè)試軸的機(jī)械部分導(dǎo)軌副或絲杠副一頭緊一頭松。出現(xiàn)這種情況必須進(jìn)行機(jī)械調(diào)整，如果貿(mào)然使用補(bǔ)償功能，則會(huì)加劇該軸問題，最終形成交叉性曲線。

（3） 鼓型：此類曲線表明該測(cè)試軸的機(jī)械部分滾珠絲杠副太長(zhǎng)，剛性不足造成。這種情況一般可通過(guò)適當(dāng)?shù)念A(yù)緊絲杠來(lái)得到改善。

（4） 不規(guī)則型：此類曲線表明該測(cè)試軸的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)剛性太差，機(jī)械部分滾珠絲杠制造精度低所致。出現(xiàn)此類問題，必須對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)， 以提高該軸的剛性和精度。

（5） 交叉型：此類曲線表明該測(cè)試軸的重復(fù)定位精度極差，機(jī)械部分的絲杠副產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，多產(chǎn)生于垂直軸，出現(xiàn)這種情況必須進(jìn)行機(jī)械調(diào)整， 檢查垂直軸的平衡問題及調(diào)節(jié)導(dǎo)軌夾條等。如果貿(mào)然進(jìn)行精度補(bǔ)償，則會(huì)產(chǎn)生燕尾狀圖形，使得該測(cè)試軸的位置精度更差。

4 主流數(shù)控系統(tǒng)定位精度的補(bǔ)償簡(jiǎn)述

4.1 補(bǔ)償時(shí)需要注意的幾點(diǎn)問題

參考點(diǎn)的位置;補(bǔ)償分辨率;補(bǔ)償數(shù)值與機(jī)床位置要相互對(duì)應(yīng);補(bǔ)償數(shù)值是否有范圍控制;是否有原補(bǔ)償值。

4.2 SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)定位精度補(bǔ)償

補(bǔ)償前要注意系統(tǒng)參數(shù)：MD38000：最大補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)，該參數(shù)初始值為零，根據(jù)實(shí)際需要重新設(shè)定，需要注意當(dāng)修改MD38000時(shí)會(huì)引起NCK內(nèi)存重新分配，因此應(yīng)先備份好數(shù)據(jù)，尤其是驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù);MD32700：螺距誤差使能，當(dāng)該參數(shù)為零時(shí)才能進(jìn)行補(bǔ)償;

4.3 FANUC0M數(shù)控系統(tǒng)定位精度補(bǔ)償

在FANUC 0M系統(tǒng)中，螺距誤差的補(bǔ)償是在固定間距的補(bǔ)償點(diǎn)上補(bǔ)入的，每一個(gè)進(jìn)給軸上最多允許設(shè)置128個(gè)等距離的補(bǔ)償點(diǎn)，而每一個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)上的最大補(bǔ)償量為± 7個(gè)檢測(cè)單位補(bǔ)償倍率。FANUC 0M系統(tǒng)規(guī)定各軸的第1號(hào)補(bǔ)償點(diǎn)應(yīng)在它的最負(fù)端，即補(bǔ)償點(diǎn)的編號(hào)從最負(fù)端開始，逐一向正向編號(hào)。在實(shí)測(cè)情況中，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)控機(jī)床的需要進(jìn)行點(diǎn)位補(bǔ)償，在此不做過(guò)多贅述。

4.4 海德漢數(shù)控系統(tǒng)定位精度補(bǔ)償

補(bǔ)償時(shí)需要使用的參數(shù)有：反向間隙補(bǔ)償 MP710.x（x為軸代號(hào)，0 代表X軸，1代表Y軸，2代表Z軸，等等）;螺距誤差補(bǔ)償類型MP730（格式：% xxx，Bit為代表軸，數(shù)值0 為線性補(bǔ)償，1為非線性補(bǔ)償）;線性螺距誤差補(bǔ)償MP720.x;非線性螺距誤差補(bǔ)償CONFIG.CMA文件中配置，*.COM文件中修改。

5 結(jié)論

隨著機(jī)械電子技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床作為一種高精度、高效率的自動(dòng)化加工裝備，已經(jīng)成為機(jī)械行業(yè)必不可缺的現(xiàn)代化加工裝置。在現(xiàn)今的機(jī)械制造業(yè)中高加工效率、降低加工成本、提高加工質(zhì)量是行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，而數(shù)控機(jī)床位置精度的高低是影響其加工工件精度的一個(gè)重要因素。想要提高工件加工精度，尤為重要的是提高數(shù)控機(jī)床的位置精度。目前利用激光干涉儀進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的測(cè)量和檢測(cè)工作，這種加入激光干涉技術(shù)的位置精度檢測(cè)裝置是集光學(xué)、精密機(jī)械、電控技術(shù)、數(shù)據(jù)處理、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的高新技術(shù)精密檢測(cè)裝置，可通過(guò)補(bǔ)償，大大的提高數(shù)控機(jī)床的精度;也可通過(guò)檢測(cè)結(jié)果，幫助分析機(jī)床產(chǎn)生精度誤差的原因。

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