激光干涉儀在FANUC數(shù)控機床位置精度檢測中的應用

(武漢船舶職業(yè)技術學院，湖北武漢 430050)

由于機床滾珠絲杠副自身的制造和安裝誤差以及長時間使用后的磨損，導致機床直線軸的螺距誤差和反向間隙產(chǎn)生，從而影響機床的定位精度。因此，需要定期對數(shù)控機床進行螺距誤差和反向間隙進行檢測與補償，如果誤差的測量與補償不當，不但不能提高數(shù)控機床定位精度，反而會增加定位誤差。下面以Renishaw XL-80激光干涉儀對FANUC數(shù)控加工中心X軸滾珠絲杠的螺距誤差和反向間隙檢測為例，論述激光干涉儀在FANUC數(shù)控機床中定位精度測量與補償?shù)木唧w方法。

1 激光干涉儀組成及安裝

Renishaw XL-80激光干涉儀線性測量系統(tǒng)由激光頭、補償器、三腳架和云臺、線性測量鏡組、計算機和軟件組成。圖1為設備間的連接圖。測量鏡組安裝在機床上，安裝方法如圖2所示。線性測量鏡組中的固定反射鏡與分光鏡通過安裝組件固定在主軸上，移動反射鏡通過安裝組件固定在移動的工作臺上，調整激光頭，完成對光。

圖1 測量系統(tǒng)連接

圖2 鏡組安裝

2 機床的準備

檢測前機床應該作如下準備：

(1)為了獲得更好的補償精度，應將機床原螺距誤差補償值清為0，反向間隙設置為0，坐標系偏置G54為0(便于測量程序以機床坐標0點運行)。

(2)設置被測軸X軸參考點的位置為機床正向極限點，并設置參考點坐標值為零。MDI方式運行“G00X0Y0Z0”讓機床到達坐標0點。安裝激光干涉儀、光學鏡組件，并完成對光。

(3)確定檢測方案，測量起點盡量選擇被測軸的參考點(機床0點)，便于補償點號的計算，從機床零點往負方向移動測量，測量距離為0～510mm(X軸工作行程)，測量間距自定30mm，方案見表1。

表1 檢測方案

4 設置系統(tǒng)參數(shù)

FANUC數(shù)控系統(tǒng)螺距誤差補償相關參數(shù)設置方法如下表2。

表2 螺補參數(shù)設置

3 誤差檢測

3.1 使用LaserXL軟件生成CNC檢測程序

打開測量軟件“Renishaw LaserXL”，單擊“線性測長”進入測量軟件界面，點擊“等距定義目標” 按鈕 ，在彈出對話框中設置相應參數(shù)，選擇“定義工具欄”—“零件程序”—“產(chǎn)生”，將自動生成的檢測程序文件后綴改成txt文檔。注意，自動生成的程序要進行局部修改，刪去程序最后幾行宏程序。

3.2 數(shù)據(jù)測量、采集、分析、輸出

將測量程序用CF卡傳送到機床的FANUC系統(tǒng)里，試運行程序確認無誤后配合進行數(shù)據(jù)采集。

點擊“Renishaw LaserXL”軟件“采集數(shù)據(jù)”，按下機床“循環(huán)啟動”，開始誤差測量。測量程序完成測量后，自動形成被測要素X軸的數(shù)據(jù)采集圖表并分析各種誤差、位置精度和重復位置精度等數(shù)據(jù)。得到X軸的位置誤差曲線圖和螺距補償圖表，見圖3、圖4。

圖3 X軸位置誤差曲線圖

通過測量數(shù)據(jù)顯示，該數(shù)控機床X軸的反向間隙為0.001mm，定位精度0.0614mm，重復定位精度0.0061mm，位置偏差0.0559mm。

3.3 誤差補償

(1)反向間隙補償

反向間隙的補償是將實測的反向進給誤差作為參數(shù)輸入到數(shù)控系統(tǒng)中，此后，每當坐標軸接收到反向指令時，數(shù)控系統(tǒng)便調用間隙補償程序，自動將間隙補償值加到由插補程序算出的位置增量命令中，以補償間隙引起的失動，讓控制電動機多走一段距離，這段距離等于間隙值，從而補償了間隙誤差。

具體操作：把反向間隙0.001mm輸入到FANUC系統(tǒng)參數(shù)1815的X軸中，設定參數(shù)1851為1(μm)。

(2) 螺距誤差補償

螺距補償原理是將機床機械參考點返回后的位置作為螺距補償原點,CNC系統(tǒng)以設定在螺距誤差補償參數(shù)中的螺距補償量和CNC移動指令,綜合控制伺服軸的移動量,補償絲杠的螺距誤差。

補償量從FANUC系統(tǒng)的參考點補償點號68開始輸入，最靠近負側的補償點號計算公式如下：

最靠近負側的螺距補償點號=(參考點的補償點號)-(負側的機械行程長度/補償點的間隔)+1

由上公式計算得到，負側補償終點號為52。按表3把螺距補償表(圖4)中的補償量輸入到FANUC系統(tǒng)螺補數(shù)據(jù)表中。

表3 螺距誤差補償值

補償后對X軸重新進行位置誤差檢測，檢測結果如下圖5、圖6。

圖5 補償后X軸位置誤差曲線圖

圖6 補償后螺距補償圖表

該設備經(jīng)誤差補償后，測得X軸的反向間隙為0，定位為精度為0.0044mm，重復定位精度0.0034mm，位置偏差0.0013mm。

(3)分析比較

誤差補償前和補償后的X軸位置精度檢測結果比較如下，見表4。

表4 精度對照表

4 總 結

數(shù)據(jù)表明，通過反向間隙和滾珠絲杠螺距誤差補償，數(shù)控機床的定位精度得到了很大改善。

激光干涉儀是目前有效測量數(shù)控機床螺距誤差和反向間隙的儀器設備，但在誤差補償中一定要注意誤差補償點號要從參考點開始計算。同時，補償點號、補償值、補償點位置三者要一一對應，在有測量條件下，盡可能增加補償點數(shù)，以提高測量和補償精度。