加工中心A軸位置精度檢測與補償

張麗 張強 呂超 孫春陽

摘 要 加工中心A軸位置精度檢測與補償是“數控機床位置精度檢驗與補償”課程的一個教學項目。該課程是為數控設備維修專業新開發的理實一體化課程，先進性、實用性強。闡述應用激光干涉儀檢測與補償加工中心A軸位置精度的方法及確保補償成功的操作關鍵點，為順利開展“數控機床位置精度檢驗與補償”課程實訓教學提供有力保障。

關鍵詞 加工中心A軸；位置精度；激光干涉儀；實訓教學

中圖分類號：G712 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）06-0118-03

Inspection and Compensation of Position Precision of A Axis in Machining Center//ZHANG Li， ZHANG Qiang， LYU Chao， SUN Chunyang

Abstract Inspection and compensation of position precision of A

axis in machining center is a teaching project in the course of Inspec-

tion and Compensation of Position Precision of CNC Machine Tools.

The course is a newly developed course integrating theory and prac-

tice for the CNC equipment maintenance major， it is highly advanced

and practical. This paper describes the method of applying laser inter-

ferometer inspecting and compensating position precision of A axis

in machining center， and the key operation points to ensure compen-sating success. It provides a guarantee for the smooth development of

practical teaching of the course of Inspection and Compensation of Position Precision of CNC Machine Tools.

Key words A axis in machining center； position precision； laser inter-

ferometer； practical teaching

1 前言

“數控機床位置精度檢驗與補償”課程是一門實踐性很強的課程，通過真實的理實一體化教學方法，依托任務驅動的教學項目，訓練學生掌握應用激光干涉儀、回轉軸校準裝置等檢測設備測量數控機床直線軸、旋轉軸的位置精度，并規范操作數控機床完成誤差數據的采集、補償參數的輸入，最終實現好的補償效果。但是由于激光干涉儀操作難度大、與數控機床緊密配合、操作技術環節復雜，因此很難保證補償的成功和實訓的效果。

2 加工中心A軸位置精度的檢測與補償

加工中心是北京第一機床廠生產的XHA714數控機床，數控系統是華中世紀星22M。數控立臥回轉工作臺與X軸平行安裝，稱為A軸，用作加工中心的第四軸。回轉工作臺整個傳動鏈由電機、一對嚙合齒輪、單級蝸桿副及工作臺組成，當電機接到由控制單元發出的啟動信號后，經傳動鏈驅動使工作臺實現旋轉分度。加工中心A軸的進給位置精度依賴回轉工作臺內各個傳動部件的制造精度、裝配精度和轉臺與機床的安裝精度。

但是只依靠以上兩個方面還不夠。采用先進的測量設備——激光干涉儀以及回轉軸校準裝置對加工中心A軸進行位置精度檢測與補償，是進一步大幅度提高加工中心旋轉軸進給位置精度的有效手段。

數控機床的特點是數控系統和機床的有機結合，數控機床位置精度的補償原理正是應用這一點。采用軟件補償的方法，即通過測量出各目標位置的平均位置偏差，將偏差值疊加到插補指令上，從而使誤差得到抵消。

XR20-W無線型回轉軸校準裝置與激光系統和角度干涉鏡配合使用，可以完成旋轉軸位置精度的檢測與補償，測量原理見圖1：從激光頭射出的光束穿過角度干涉鏡，分成兩束平行光束，反射鏡將兩束光反射回干涉鏡后匯合為一束光，回激光頭回光孔；測量時運行機床使被測軸旋轉，無線型回轉軸校準裝置也隨之旋轉，測量軟件按照測量間隔角度反向旋轉反射鏡，使激光光路保持準直；激光頭通過分析匯合光的明暗變化，計算出被測軸的角度位置誤差。

激光光路的準直

1）準備工作。測量所用的光學鏡及相關輔助元件有激光頭、XR20-W無線型回轉軸校準裝置（帶角度反射鏡）、角度干涉鏡、固定環、定心輔助裝置、其他輔助裝置等。首先確認機床調平，之后拆下A軸上的三抓卡盤，安裝固定環，利用定心裝置將固定環與旋轉軸同心，將XR20-W無線型回轉軸校準裝置安裝在固定環上，加工中心工作臺上安裝角度干涉鏡，目測安裝在角度反射鏡的正前方，鏡組在機床上的布局見圖2。根據角度反射鏡準直輔助面上靶點的高度安裝三腳架，見圖3。三腳架必須放置在堅硬的地面上，不能安裝在木質的踏板上。三腳架調平并安裝激光頭，打開筆記本電腦，運行旋轉軸測量軟件，XR20-W無線型回轉軸校準裝置與電腦藍牙連接。

2）角度干涉鏡的準直。將光靶安裝在角度干涉鏡上，靶點在上。調整激光頭位置，使激光光束射中靶點（即角度干涉鏡上三分之一處），之后拆下光靶，激光光束將通過角度干涉鏡后變成兩束激光平行向前射出。

3）角度反射鏡的準直。使用角度反射鏡的準直輔助面準直激光，將準直輔助面面對干涉鏡，通過微調角度干涉鏡和激光頭的位置，使兩束平行光入射準直輔助面的上靶點，見圖4。之后將角度反射鏡的測量面調至面對干涉鏡，激光頭光閘調至輔助調光位置，此時激光回光打到激光頭的回光孔光靶上；再將激光頭光閘調至測量位置，激光頭上五盞指示燈全亮，光路準直完成。

加工中心A軸位置精度檢測

1）在測量軟件上進行測量設置，在加工中心上編寫測量程序。光路準直成功后，確定測量開始點為0度位置，360度是最后一個測量位置。要求加工中心A軸沿正方向運行，測量間隔30度，運行到每個間隔將暫停六秒，以便激光系統采集數據。在行程的起始和終點要有10度越程移動，消除運動間隙。根據以上要求，在測量軟件上點擊“新測試”按鈕進行測量設定；在加工中心上編寫測量程序。

2）測量開始。測量軟件上點擊“位置跟蹤”按鈕設置測試跟蹤，之后點擊測量開始；在操作加工中心A軸運行剛剛編寫的測量程序。A軸運轉至各個目標點，采集各個點的誤差數值，誤差值就是當前激光讀數與當前目標位置之間的差值，并五遍采集數據。這時如果出現只采集兩三個點的數據光路就沒有了的情況，首先考慮是回轉軸校準裝置的安裝與A軸不同心所造成的。解決辦法是重新安裝回轉軸校準裝置并重新進行光路的準直操作。

3）數據分析。點擊“分析數據”按鈕進行數據分析，誤差數據曲線及精度數據見圖5。

生成補償數據 在數據分析軟件上進行參數定義，圖表類型選擇“均值補償”，選擇依據是從誤差圖形上分析，反向間隙較為均勻。補償類型選擇“絕對值”，因為華中世紀星系統要求選用絕對值補償。相關參數定義如圖6所示。點擊“繪制誤差補償圖表”生成補償數據，補償數據如表1所示。

根據誤差補償圖表，完成華中系統A軸補償參數設置。關機、重啟機床，并執行回參考點的運動。由于XHA714加工中心采用有擋塊回參考點方式，因此，機床重啟只有回參考點后，輸入的補償數據才能生效。再一次檢測加工中心A軸位置精度，補償后位置精度數據如圖7所示。

補償后雙向定位精度從0.029 95度提高到0.009 72度，雙向重復定位精度從0.027 47度提高到0.002 26度，加工中心A軸位置精度大大提高，補償效果明顯。

3 確保補償成功的操作要點

1）根據機床的現狀，合理進行光學鏡組的布局。先安裝無線型回轉軸校準裝置，安裝要求是確保與加工中心A軸同心；再安裝角度干涉鏡，目測安裝在角度反射鏡的正前方，與角度反射鏡同高度。

2）三腳架必須放置在堅硬的地面上，不能安裝在木質的踏板上，并靠近鏡組擺放，三腳架應調平。在目測情況下盡量將激光頭放正，即垂直于加工中心的X軸。云臺上的位置控制旋鈕預先調至中間位置，這樣可以方便光路的準直調節工作。

3）光路準直前，必須進行兩個“回參”動作，即操作時加工中心A軸先回參，再操作測量軟件使回轉軸校準裝置回參。

4）測量時，被測旋轉軸正方向運行從0～360度，0度參考點必須是被測量及補償的點。

5）開始測量操作，注意先操作測量軟件，讓回轉軸校準裝置先測量開始，等待自校準穩定之后，再操作加工中心A軸運行測量程序，使A軸運轉至各個目標點。

6）合理選擇“均值補償”和“各自補償”方案，選擇依據是從誤差圖形上判斷。本例反向間隙較為均勻，可以選擇均值補償；否則各自補償效果會更好。

7）補償數據輸入數控系統軸補償參數后，根據數控系統要求操作機床（重啟或復位）。再一次做位置精度檢測時，增量型編碼器的機床或采用有擋塊回參考點的數控機床一定要執行返回參考點操作，這樣補償參數才能生效，確保機床的軸補償效果。

參考文獻

[1]雷尼紹校準產品培訓教材[DB/OL].https：//wenku.baidu.

com/view/22e30c18a26925c52cc5bfc7.html.