QP2033 -L精密四軸加工中心精度檢測與補償
引言QP2033 - L精密四軸加工中心是一臺配備 FANUC 0i MD精工系統的國產高性能高速四軸四 聯動的精工機床，可以同時控制X、Y、Z、A四個伺 服控制軸和一個主軸。該四軸加工中心為半閉環控 制，采用HIWIN公司高精度的滾珠絲杠作為驅動元 件。機床的X、Y、Z軸的定位精度為0.01mm, A軸 定位精度為15弧秒，此次加工產品出現X尺寸方 向超差0. 06mm。針對該情況，應用激光干涉儀檢 測技術和FANUC 0i MD精工系統螺距誤差補償功 能，對QP2033 -L精密四軸加工中心X軸定位精度 進行檢測并補償，可以達到提高機床精度的目的。_、激光干涉儀檢測的基本原理激光干涉儀是利用干涉鏡原理來進行定位精度 檢測的，其測量基本原理如圖1所示。測量時，從激 光頭射出的激光束（圖中①）經分光鏡分成兩道光 束（圖中②和③），一道光束（參考光束②）由反向反 射鏡反射回去，另一道光束（測量光束③）由移動反 向反射鏡反射回去，兩道返回光束在分光鏡合成光束（圖中④），進入激光頭內的探測器形成一道干涉 光束。其中，當兩道返回光束波長相同時，形成明條 紋，稱為“相長干涉”。當兩道返回光束的波長存在 180°的相位差時，形成暗條紋，稱為‘‘相消干涉”。 當光程差發生變化時,探測器將在光路改變時檢測 到相長干涉和相消干涉的明暗條紋信號，這些信號 被探測器記錄，用于計算測量的實際位移。二、精度檢測根據激光干涉儀檢測的基本原理，進行機床精 度檢測,確定機床誤差。具體步驟如下：1.安裝激光干涉儀激光干涉儀檢測設備采用的是英國Rienshaw公司生產的激光干涉儀系統，包括XL -80激光頭、 線性測量反射鏡、線性干涉鏡、補償單元和計算機及 相應的測試軟件。激光干涉儀系統的具體安裝連接圖如圖2所 示：(1)安裝激光頭。將XL-80激光頭水平安裝 在三角架上，連接電源，打開激光頭預熱6分鐘，使 激光穩定，(2)安裝XC補償單元。將材料溫度傳感器、 空氣溫度傳感器與XC補償單元連接。(3)安裝測量鏡組。將線性反射鏡、線性干涉 鏡安裝在機床主軸和工作臺上，并對準激光。調整 XL -80激光頭和反射鏡的位置，以使光束穿過干涉 鏡,并由反射鏡反射回來。移動反射鏡，使測量光束 ③和參考光束②在探測器接口位置重疊。使反射鏡 沿X軸坐標行程范圍內移動，確保兩束光_直保持 重疊，使激光光束強弱LED指示燈_直保持綠色。(4)運行線性測試軟件。將激光頭和XC補償 單元和電腦連接，然后打開線性測試軟件，設置材料 的熱膨脹系數為11.7ppm/°C (機床采用的半閉環控 制）3.檢測數據的設置在進行檢測之前，需要對精工系統參數的設置, 主要確定檢測軸的移動范圍、檢測間隔、檢測次數、 檢測點數，具體設置數據如表1所示。表1檢測數據的設置 設備名稱 檢測軸 檢測范圍 /mm 檢測間距 /mm 檢測 次數 檢測 點數 QP2033 -L精密四 軸加工中心 X軸 0-840 60 3 14 根據檢測數據表設定系統參數，具體設定方法 如下：(1)將系統處于“MDI”模式；⑵打開設定（SETTING)畫面，設定“寫參數”為1;(3)設定參數8135#0 =0,確定螺距補償功能 已打開；(4)3620補償參考點X軸=101;(5)3621負向最小點補償號,X軸=100;(6)3622正向最大點補償號,X軸=116;(7)3623補償倍率，X軸=1;(8)3624 補償間隔,X 軸= 60000;(9)打開螺距誤差補償表，把100到116范圍 的補償數據清零；(10)1851反向間隙，X軸=0;(11)重啟機床；2.編寫檢測程序根據表一的數據編寫機床檢測程序，程序如下: O1001;(主程序）N10 M98 P1 L3;檢測次數 N20 M30;O0001;(子程序一）N10 G90 G01 F2000；N20 X - 5. 0;N30 G4 X2.0;N40 X0;N50 G4 X4.0;N60 M98 P2 L14;調用子程序二N70 X5.0;N80 G4 X2.0;N90 X - 5. 0;N100 G4 X4.0N110 M98 P3 L14;調用子程序三 N120 M99;00002;(子程序二）N10 G91 X60.0;N20 G4 X4.0;N30 M99;00003;(子程三）N10 G91 X -60.0 ；N20 G4 X4.0;N30 M99;4.數據采集將機床X軸運行到原點—•運行Renishaw laser- XL線性測量軟件（軟件設置值與表1對應）—運行 測試程序—進行數據采集，采集的數據曲線如圖3 所示。從測試數據中看出，機床X軸定位精度比較 大，其定位誤差為0.058mm,由此可以確定機床X 軸尺寸超差0. 06mm的原因是由于X軸定位精度誤差導致，因此需要調整螺距補償值。三、精度補償(一）設置螺距誤差補償表 根據采集的數據進行分析，設置誤差補償表。 由于機床采用的是FNAUC Oi MD精工系統,螺距誤 差補償設置類型①圖表類型為均值補償;②補償類 型為增量；③補償分辨率為〇. 〇〇1mm;④正負符號 轉換為補償值。軟件自動計算出螺距誤差補償表, 如圖4所示。(二）誤差補償將補償數值輸入系統螺距誤差補償表,打開螺 距誤差補償表，輸入圖4的補償數值，具體步驟如下：(1)將系統處于“MDI”模式；⑵打開設定（SETTING)畫面，設定“寫參數”為1;(3)打開螺距誤差補償表輸入螺距誤差補償 值，見表2;(三）精度校驗對機床X軸補償后，再次運行測試程序，測量 機床的定位精度，采集數據曲線如圖5所示。從采 集的數據可以看出：機床X軸的定位精度為0. 004mm,已經明顯提高。表2螺距誤差補償表 序號 螺補表編號 補償位置/mm 誤差值/^ 1 101 0 0 2 102 60 -5 3 103 120 -4 4 104 180 -2 5 105 240 -5 6 106 300 -5 7 107 360 -2 8 108 420 -2 9 109 480 -4 10 110 540 -6 11 111 600 -4 12 112 660 -4 13 113 720 -5 14 114 780 -6 15 115 840 0 四、結論利用激光干涉儀檢測技術和精工系統的螺距誤 差補償功能對機床定位誤差檢測和補償，可以提高 精工機床的加工精度。海天精工相關產品：加工中心,鉆攻中心,高速加工中心,立式加工中心,雕銑機