FANUC系統數控車床精度的檢測與補償

包華言 姜雪楓 蔡仕魁

摘 要：為了改善提高某臺數控機床的位置精度，應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。

關鍵詞：激光干涉儀；定位精度；精度補償

1 精度檢測與補償的意義

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

2 精度檢測的概念

在實際中，通常對數控機床位置精度的檢測和補償主要包括直線軸定位精度、重復定位精度和反向間隙三個方面。重復定位指的是同一個位置兩次定位產生的誤差。定位精度指的是數控設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，所以在正轉后變換成反轉的時候，在一定的角度內，盡管絲杠轉動，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角度上。

3 應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、空間同調性、窄帶寬和高度單色性等優點。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，并以穩頻氦氖激光為光源，構成一個具有干涉作用的測量系統。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，所以文章就應用美國光動公司的MCV-500為對某臺數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）調整激光頭組的方向及LD-37S的方向和角度、使激光頭發出的激光方向經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。（3）調節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，激光頭正常出光。

3.2.5 激光束打在磁性對光靶標中心。（1）調節LD-37S的方向和角度。（2）調節LD-71S靶標平面反射鏡的位置、方向和角度。（3）調節磁性對光靶標的位置。（4）使激光束打在LD-71S磁性對光靶標中心。

3.2.6 近調靶標。（1）在機床對角線近端位置、調整激光頭組和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，甚至到LD-71S反光鏡的邊緣，此時應停止機床運動，通過調整LD-37S反光鏡后面的二只微調螺釘使激光束仍打在對光靶標中心。

3.2.7 遠調光。直到對角線的最遠端、通過調整LD-37S反光鏡后面的二只微調螺釘使激光束打在對光靶標中心。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的精度檢測程序，使機床被檢測坐標軸按照一定的要求自動進行移動。檢測后的數據如圖1。

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

圖1 第一次測量的數據

誤差圖標分析。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據填到相對應的參數中補償后數據比較，見圖3、4。

圖3 螺距誤差補償后數據

4 結束語

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.激光測量在數控機床定位中應用[J].上海計量測試，2004（5）.

[2]張應平.激光測量技術的應用與拓展[J].工業測量，2003（10）.

作者簡介：包華言（1993-），籍貫：上海，上海工程技術大學高職學院機電一體化技術專業在讀。