數(shù)控機(jī)床在運(yùn)行過(guò)程中，其定位精度會(huì)產(chǎn)生一定誤差，正確地運(yùn)用激光干涉儀，并進(jìn)行全面科學(xué)地分析，可有效進(jìn)步數(shù)控機(jī)床的定位精度。

    隨著數(shù)控機(jī)床應(yīng)用的普及，采用激光干涉儀對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行定位精度檢測(cè)已經(jīng)成為目前公認(rèn)的高效、高精度的檢測(cè)方法。不同的機(jī)床使用激光干涉儀檢測(cè)的精度曲線會(huì)有所相同，因此就需要對(duì)不同的測(cè)試結(jié)果給予全面而科學(xué)地分析。下面對(duì)數(shù)控機(jī)床定位精度常見(jiàn)誤差曲線進(jìn)行分析，并與大家共同探討有效的解決方案。

1、負(fù)坡度

    負(fù)坡度曲線向外運(yùn)行和向內(nèi)運(yùn)行兩個(gè)測(cè)試均出現(xiàn)向下的坡度。在整個(gè)軸線長(zhǎng)度上，誤差呈線性負(fù)增加，這表示激光系統(tǒng)丈量的間隔短于機(jī)床位置反饋系統(tǒng)指示的間隔。出現(xiàn)負(fù)坡度的可能原因有以下兩種：(1)光束準(zhǔn)直調(diào)整不正確。假如軸線短于1m則可能是材料熱膨脹補(bǔ)償系數(shù)不正確、材料溫度丈量不正確或者波長(zhǎng)補(bǔ)償不正確。(2)俯仰和扭擺造成阿貝偏置誤差、機(jī)床線性誤差。

    針對(duì)以上題目，可采取的措施有：假如軸線行程很短，檢查激光的準(zhǔn)直情況；檢查EC10和丈量頭是否已連接并有反應(yīng)；檢查輸進(jìn)的手動(dòng)環(huán)境數(shù)據(jù)是否正確；檢查材料傳感器是否正確定位以及輸進(jìn)的膨脹系數(shù)是否正確；使用角度光學(xué)鏡組重新做一次丈量，檢查機(jī)床的俯仰和扭擺誤差。

2、正坡度

    正坡度曲線是指在整個(gè)軸線長(zhǎng)度上，誤差呈線性正遞增。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生有以下可能：(1)材料熱膨脹補(bǔ)償系數(shù)不正確、材料溫度丈量不正確或者波長(zhǎng)補(bǔ)償不正確。(2)俯仰和扭擺造成阿貝偏置誤差、機(jī)床的線性誤差。

    針對(duì)這些題目，可采取以下措施：檢查EC10和傳感器是否已連接并有反應(yīng)，或者檢查輸進(jìn)的手動(dòng)環(huán)境數(shù)據(jù)是否正確；檢查材料傳感器是否正確定位以及輸進(jìn)的膨脹系數(shù)是否正確；使用角度光學(xué)鏡組重新做一次丈量，檢查機(jī)床的俯仰和扭擺誤差。

3、周期性曲線

    周期性曲線是整個(gè)軸線長(zhǎng)度上的重復(fù)周期誤差。沿軸的俯仰保持不變，但幅度可能變化。導(dǎo)致周期性曲線的可能原因主要是機(jī)床方面的題目，如絲杠或傳動(dòng)系統(tǒng)故障、編碼器題目或故障、長(zhǎng)型門式機(jī)床軌道的軸線直線度。

    針對(duì)以上題目建議采用很小的采樣點(diǎn)間隔在一個(gè)俯仰周期上再丈量一次，確認(rèn)俯仰誤差。作為一項(xiàng)指導(dǎo)原則，假如你要檢查的是機(jī)床某元件的周期性影響，可將采樣間隔設(shè)為預(yù)期周期性俯仰的1/8，然后通過(guò)比較機(jī)床絲杠的螺距、齒條的齒距、編碼器、分解器或球柵尺俯仰、長(zhǎng)型門式軌道的支撐點(diǎn)之間的間隔等來(lái)確認(rèn)可能的誤差來(lái)源。例如，假如誤差周期是20mm，查閱機(jī)床手冊(cè)我們發(fā)現(xiàn)絲杠的導(dǎo)距也是20mm，很顯然誤差可能與絲杠旋轉(zhuǎn)題目有關(guān)，絲杠可能在最近的一次維修或機(jī)床移動(dòng)時(shí)被弄彎了，或者絲杠偏心旋轉(zhuǎn)。

4、偏移

    偏移是指往程和回程兩次測(cè)試之間具有不變的垂直偏移。產(chǎn)生偏移曲線的可能原因主要是機(jī)床方面的題目，如反向間隙未補(bǔ)償或不當(dāng)補(bǔ)償、車架與導(dǎo)軌之間存在間隙(松動(dòng))等。

    針對(duì)以上題目可采取以下解決措施：絲杠/滾珠絲桿驅(qū)動(dòng)裝置；檢查球狀螺母或絲杠是否磨損；檢查絲杠軸承的端部浮動(dòng)情況；使用角度光學(xué)鏡組檢查軸線反轉(zhuǎn)時(shí)的車架角度間隙；檢查控制器內(nèi)設(shè)置的反向間隙補(bǔ)償是否正確；機(jī)架和小齒驅(qū)動(dòng)裝置；檢查牙是否正確嚙合；檢查齒輪箱是否磨損和線性編碼器系統(tǒng)的狀況。

5、燕尾狀 

    圖1為在往程測(cè)試中出現(xiàn)向下的坡度的情況，回程測(cè)試為往程測(cè)試的鏡像，往程和回程測(cè)試之間的偏差(或滯后或反向間隙)隨軸線離開受驅(qū)動(dòng)端而逐漸進(jìn)步。產(chǎn)生燕尾狀的可能原因主要是機(jī)床方面的題目，如滾珠絲杠扭轉(zhuǎn)、導(dǎo)軌太緊、使用的誤差補(bǔ)償值不正確等。

圖1 燕尾狀誤差曲線

    針對(duì)以上題目，有以下建議：檢查絲杠和導(dǎo)軌潤(rùn)滑；檢查在垂直軸上的平衡作用；檢查并調(diào)節(jié)導(dǎo)軌夾條；檢查導(dǎo)軌蓋是否咬著及檢查控制器補(bǔ)償。

6、正反向交叉線

    正反向交叉線是指正向(向外)運(yùn)行產(chǎn)生負(fù)坡度，而反向(向內(nèi))運(yùn)行則產(chǎn)生正坡度。這是絲杠扭轉(zhuǎn)的一個(gè)特殊例子，其中，單向線性誤差補(bǔ)償和單反向值已在控制器中設(shè)置。

    針對(duì)這些題目可采?。簷z查絲杠和導(dǎo)軌潤(rùn)滑；檢查在垂直軸上的平衡作用；檢查并調(diào)節(jié)導(dǎo)軌夾條；檢查導(dǎo)軌蓋是否咬著；檢查控制器補(bǔ)償。

    假如用戶計(jì)劃在軸線中間位置完成大部分的工作，則當(dāng)前補(bǔ)償可以為是最佳的解決方法，由于它將最大誤差分布在軸線端部，而最小的誤差則在中間位置。刪除誤差補(bǔ)償將產(chǎn)生燕尾狀圖形。

7、鋸齒形

    圖2為在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中誤差都呈增加的趨勢(shì)，甚至在設(shè)為基準(zhǔn)值或零的軸線位置上誤差還在增加。出現(xiàn)此鋸齒形的可能原因有：(1)絲杠誤差、光學(xué)鏡組的熱漂移。(2)機(jī)械故障、編碼器反饋不可靠。

圖2 鋸齒形誤差曲線

    針對(duì)以上題目，我們建議：假如誤差很小(幾個(gè)微米)，可以在光學(xué)鏡組彼此靠近時(shí)設(shè)為基準(zhǔn)值并重做測(cè)試。在開始測(cè)試之前確保光學(xué)鏡組已有充分的時(shí)間適應(yīng)環(huán)境溫度，并讓機(jī)床預(yù)熱，假如溫度或其它環(huán)境條件在測(cè)試期間發(fā)生變化，則可能的原因是激光設(shè)為基準(zhǔn)值時(shí)由于固定和移動(dòng)光學(xué)鏡組之間有間隙而引起絲杠誤差。我們要確保在重新測(cè)試之前，盡可能降低絲杠誤差的可能性。針對(duì)由光學(xué)鏡組適應(yīng)環(huán)境引起的熱漂移題目，在重新測(cè)試之前，我們要確保光學(xué)鏡已有足夠的時(shí)間適應(yīng)環(huán)境溫度。雷尼紹光學(xué)鏡組引起這種誤差的可能性較小，由于鏡組的制作材料是鋁，能夠比鋼更快地適應(yīng)環(huán)境。

    假如絲杠誤差和熱漂移都不是引起誤差的原因，則有可能是機(jī)械漂移。機(jī)床軸線相對(duì)機(jī)床位置反饋系統(tǒng)發(fā)生移動(dòng)的話，則可能是由于編碼器或線性計(jì)量?jī)x安裝不牢固引起的，這樣，電機(jī)的熱量傳到機(jī)床的機(jī)體中使機(jī)床的溫度逐漸進(jìn)步。由于有這種可能性，即產(chǎn)生移動(dòng)的組件因熱膨脹而移動(dòng)的間隔會(huì)受到物理性限制，若是這種情況，我們可以公道猜測(cè)在一定次數(shù)的測(cè)試之后，誤差(單向)增加的速度將逐漸降低，機(jī)械漂移最有可能產(chǎn)生負(fù)誤差并且所產(chǎn)生的坡度會(huì)是一個(gè)方向比另一個(gè)方向扁平；另外也有可能是由于編碼器信號(hào)有噪音，造成控制器的脈沖計(jì)數(shù)增加，或者編碼器信號(hào)電平與控制器輸進(jìn)不兼容的情況。

8、花瓣形

    圖3所示的誤差隨時(shí)間和間隔不斷增加使線出現(xiàn)花瓣形。導(dǎo)致花瓣形的可能原因有：(1)在材料溫度傳感器定位不正確或者膨脹系數(shù)不正確。(2)滾珠絲杠在測(cè)試期間溫度進(jìn)步、機(jī)床溫度改變。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

圖3 花瓣形誤差曲線

    為保證測(cè)試的精確度，建議在開始校準(zhǔn)之前要讓機(jī)床完全預(yù)熱。在圖3中，安裝滾珠絲杠的端部可能正好與行程起始點(diǎn)重合，并且可在另一端產(chǎn)生軸向浮動(dòng)。假如滾珠絲杠在對(duì)端受到限制，圖形將顯示負(fù)坡度。

9、三角形

    三角形曲線是指誤差呈線性增加，誤差在行程最遠(yuǎn)端機(jī)床反轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)躍升，然后在回程測(cè)試回到與軸線起始點(diǎn)時(shí)回到同樣位置上。出現(xiàn)三角形的可能原因是在軸線外端部因?qū)к壞p而出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)。應(yīng)當(dāng)留意的是，反向反射鏡的位置對(duì)顯示的誤差有明顯影響。建議使用角度光學(xué)鏡組直接丈量偏轉(zhuǎn)角，以便對(duì)偏轉(zhuǎn)題目的嚴(yán)重程度有充分的了解。

10、臺(tái)階形

    圖4顯示的或上或下臺(tái)階沿軸線長(zhǎng)度按一定的間隔出現(xiàn)。出現(xiàn)臺(tái)階形的可能原因在機(jī)床方面：大機(jī)床上各齒條段對(duì)準(zhǔn)不佳或裝配不佳或線性編碼器或感應(yīng)式丈量器分段對(duì)準(zhǔn)不佳或裝配不佳。

圖4 臺(tái)階形誤差曲線

    在裝備有齒條和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的大型機(jī)床上，齒條由很多分別裝配在機(jī)床上的單獨(dú)分段組成，必須確保每段都正確地與其它段對(duì)準(zhǔn)，保證齒輪能夠平滑地從一段轉(zhuǎn)到下一段。假如齒條段未正確對(duì)準(zhǔn)，傳動(dòng)齒輪在經(jīng)過(guò)對(duì)準(zhǔn)不佳的接合點(diǎn)時(shí)可能發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這種偏轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致丈量值出現(xiàn)突躍臺(tái)階。這種題目可以通過(guò)檢查每個(gè)齒條段的長(zhǎng)度和相對(duì)位置，并與圖形數(shù)據(jù)比較來(lái)查明。 

    綜上分析可以看出，除機(jī)床本身精度不佳會(huì)帶來(lái)上述各種誤差，激光干涉儀操縱不當(dāng)(包括精度不夠穩(wěn)定或采用自身對(duì)溫度影響比較敏感的激光干涉儀系統(tǒng))也會(huì)帶來(lái)較大誤差。