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如何提高数控机床定位精度 激光干涉仪常见测试曲线 周汉辉 (英国雷尼绍公司北京办事处 , 北京 100028) 随着数控机床应用的普及, 采用激光干涉仪对 数控机床进行定位精度检测也成为目前公认的高 效、高精度的检测方法。但是不同的机床使用激光 干涉仪检测的精度曲线会各不相同,因此想要提高 数控机床定位精度,就需要对不同的测试结果给予 全面而科学地分析,本文就雷尼绍产品在使用过程 中遇到的几种机床误差曲线的误差源及解决方案提 出分析,供更多关心数控机床精度检测和误差修复 的人士参考。 1 数控机床定位精度常见误差曲线及分析 1 1 负坡度 图 1中曲线向外运行和向内运行两个测试均出 现向下的坡度。此图显示在整个轴线长度上, 误差 呈线性负增加。这表示激光系统测量的距离短于机 床位置反馈系统指示的距离。 负坡度可能原因: 1) 在激光干涉仪设置上可能 的问题。光束准直调整不正确,如果轴线短于 1 米 则可能是材料热膨胀补偿系数不正确 、材料温度测 量不正确、波长补偿不正确。2) 机床可能的误差 源。俯仰和扭摆造成阿贝 ( Abb ) 偏置误差、机床 的线性误差。 图 1 图 2 针对以上问题建议: 如果轴线行程很短, 请检查 激光的准直情况;检查 EC10 和测量头是否已连接 并有反应,或者检查输入的手动环境数据是否正确; 检查材料传感器是否正确定位以及输入的膨胀系数 是否正确;使用角度光学镜组重新做一次测量,检查 机床的俯仰和扭摆误差。 1 2 正坡度 图 2显示在整个轴线长度上, 误差呈线性正递 增。这种图示可能是以下几种问题: 1) 在激光干 涉仪设置上可能的问题, 如:材料热膨胀补偿系数不 正确、材料温度测量不正确 、波长补偿不正确。2) 机床方面的问题, 如俯仰和扭摆造成阿贝 ( Abb ) 偏置误差、机床的线性误差。 针对以上问题的建议: 1)检查 EC10 和传感器 是否已连接并有反应, 或者检查输入的手动环境数 据是否正确。2)检查材料传感器是否正确定位以及 输入的膨胀系数是否正确。3)使用角度光学镜组重 新做一次测量,检查机床的俯仰和扭摆误差。 1 3 周期性曲线 图 3显示整个轴线长度上的重复周期误差。周 期性曲线可能原因: 1) 在激光干涉仪设置上可能的 问题,该曲线的误差大小不太可能与仪器操作有关, 主要去分析机床本身的误差源。2) 机床方面的问 题:丝杠或传动系统故障、编码器问题或故障、长型 门式机床轨道的轴线直线度 。 针对以上问题建议: 1) 采用更小的采样点间隔 在一个俯仰周期上再测量一次, 确认俯仰误差。作 为一项指导原则, 如果你要检查的是机床某元件的 周期性影响,可将采样间隔设为预期周期性俯仰的 1/ 8。比较以下各项,确认可能的误差来源: 机床丝 杠的螺距 、齿条的齿距、编码器、分解器或球栅尺俯 仰、长型门式轨道的支撑点之间的距离。如果你在 图上记录一个完整周期(俯仰)长度, 将对引起问题 的原因有所了解。 图 3 图 4 在大型门式机床上,可能的原因是齿条和齿轮 传动系统装配差劣或齿轮不均衡运行。检查齿轮的 有效周长和齿条的齿距,并将它们与图形比较。 检查位置反馈系统。将周期性误差大小与感 应式测量器 ( Inductosyn) 计量器上的编码器节段 或球栅尺 ( Spherosyn) 计量器中的球尺寸比较。如 果周期性误差很小, 应考虑编码器插补故障的可能 性。以极小的采样间隔重新检查, 以降低伪信号的 可能性。 1 4 偏移 图 4显示去程和回程两次测试之间具有不变的 垂直偏移。偏移曲线可能原因: 1) 在激光干涉仪设 置上可能的问题: 该曲线的误差大小不太可能与仪 71 !新技术新工艺? 新装备及其应用 2006年 第 12期 器操作有关,主要去分析机床本身的误差源。2) 机 床方面的问题: 反向间隙未补偿或不当补偿、车架与 导轨之间存在间隙(松动)。 针对以上问题建议: 1) 丝杠/滚珠丝杆驱动装 置; 2) 检查球状螺母或丝杠是否磨损; 3) 检查丝杠 轴承的端部浮动情况; 4) 使用角度光学镜组检查轴 线反转时的车架角度间隙; 5) 检查控制器内设置的 反向间隙补偿是否正确 ; 6) 机架和小齿驱动装置; 7) 检查牙是否正确啮合; 8) 检查齿轮箱是否磨损; 9) 线性编码器系统。 1 5 燕尾状 图 5显示在去程测试中出现向下的坡度, 回程 测试为去程测试的镜像。去程和回程测试之间的偏 差(或滞后或反向间隙)随轴线离开受驱动端而逐渐 提高。燕尾状可能原因: 1) 在激光干涉仪设置上可 能的问题:该曲线的误差大小不太可能与仪器操作 有关,主要去分析机床本身的误差源; 2) 机床方面 的问题:滚珠丝杠扭转、导轨太紧、使用的误差补偿 值不正确。 此类图形表示滚珠丝杠发生扭转。