數控機床(chuang)在運(yun)(yun)行過程(cheng)中，其定位精(jing)度會產(chan)生(sheng)一(yi)定誤差，正(zheng)確地運(yun)(yun)用激光(guang)干涉(she)儀，并進行科(ke)學地分(fen)析，可(ke)有效進步數控機床(chuang)的定位精(jing)度。

　　隨著數(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)應用(yong)的(de)(de)(de)普及，采(cai)用(yong)激(ji)光(guang)(guang)干(gan)涉(she)儀(yi)對數(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)進行定(ding)(ding)位精度檢(jian)(jian)測已經成為目前(qian)公(gong)認的(de)(de)(de)高效、高精度的(de)(de)(de)檢(jian)(jian)測方法。不同(tong)的(de)(de)(de)機(ji)床(chuang)使(shi)用(yong)激(ji)光(guang)(guang)干(gan)涉(she)儀(yi)檢(jian)(jian)測的(de)(de)(de)精度曲線會有(you)所相同(tong)，因此就需(xu)要(yao)對不同(tong)的(de)(de)(de)測試結果給(gei)予科學地分(fen)析。下(xia)面對數(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)定(ding)(ding)位精度常(chang)見誤差曲線進行分(fen)析，并與大家共同(tong)探討有(you)效的(de)(de)(de)解決方案(an)。

1、負坡度

　　負坡(po)度(du)(du)曲線(xian)向外運行(xing)和(he)向內運行(xing)兩個測試均(jun)出現(xian)(xian)向下的坡(po)度(du)(du)。在整(zheng)個軸線(xian)長(chang)度(du)(du)上，誤(wu)(wu)差(cha)(cha)呈線(xian)性(xing)負增加，這表示激光(guang)系統(tong)丈量的間(jian)隔(ge)短(duan)于機床位置反(fan)饋系統(tong)指示的間(jian)隔(ge)。出現(xian)(xian)負坡(po)度(du)(du)的可(ke)能(neng)原因有以下兩種：(1)光(guang)束(shu)準直調(diao)整(zheng)不(bu)正(zheng)確(que)(que)。假如軸線(xian)短(duan)于1m則可(ke)能(neng)是材料(liao)熱膨(peng)脹補(bu)償系數不(bu)正(zheng)確(que)(que)、材料(liao)溫度(du)(du)丈量不(bu)正(zheng)確(que)(que)或(huo)者波長(chang)補(bu)償不(bu)正(zheng)確(que)(que)。(2)俯仰和(he)扭擺(bai)造成阿(a)貝(bei)偏置誤(wu)(wu)差(cha)(cha)、機床線(xian)性(xing)誤(wu)(wu)差(cha)(cha)。

　　針對以(yi)上題目，可采(cai)取的措施有(you)：假如軸(zhou)線行程(cheng)很短，檢查激(ji)光的準直情況；檢查EC10和丈量頭(tou)是否(fou)已連接并(bing)有(you)反應(ying)；檢查輸進的手動環境數據是否(fou)正(zheng)確(que)；檢查材料傳(chuan)感(gan)器是否(fou)正(zheng)確(que)定(ding)位以(yi)及輸進的膨(peng)脹系數是否(fou)正(zheng)確(que)；使用角度光學(xue)鏡組(zu)重(zhong)新做(zuo)一(yi)次丈量，檢查機床的俯(fu)仰和扭擺誤差。

2、正坡度

　　正(zheng)(zheng)(zheng)坡度曲線(xian)(xian)是指在整個軸線(xian)(xian)長(chang)度上，誤差(cha)呈線(xian)(xian)性正(zheng)(zheng)(zheng)遞增。這種現象的產生有以下可能：(1)材(cai)(cai)料(liao)熱膨脹補償系數不正(zheng)(zheng)(zheng)確、材(cai)(cai)料(liao)溫(wen)度丈量(liang)不正(zheng)(zheng)(zheng)確或者波長(chang)補償不正(zheng)(zheng)(zheng)確。(2)俯仰和扭擺造成阿貝偏置誤差(cha)、機床的線(xian)(xian)性誤差(cha)。

　　針對這些題(ti)目(mu)，可采(cai)取(qu)以下(xia)措(cuo)施：檢(jian)(jian)查(cha)EC10和(he)傳感器(qi)是否(fou)已(yi)連接并有反應，或者檢(jian)(jian)查(cha)輸進的手動環境數據是否(fou)正確；檢(jian)(jian)查(cha)材(cai)料傳感器(qi)是否(fou)正確定位(wei)以及輸進的膨脹系數是否(fou)正確；使用角度光學鏡組重新做(zuo)一次丈量，檢(jian)(jian)查(cha)機床的俯仰和(he)扭擺誤差(cha)。

3、周期性曲線

　　周期(qi)性曲線是(shi)整(zheng)個軸(zhou)線長(chang)度上的重(zhong)復(fu)周期(qi)誤差。沿軸(zhou)的俯仰(yang)保持不變(bian)，但幅(fu)度可(ke)能變(bian)化(hua)。導(dao)致周期(qi)性曲線的可(ke)能原(yuan)因主要(yao)是(shi)機床(chuang)方(fang)面的題目(mu)，如絲杠或傳動(dong)系統故障、編(bian)碼器題目(mu)或故障、長(chang)型門式機床(chuang)軌道的軸(zhou)線直(zhi)線度。

　　針對以上題目建議采用(yong)很小的(de)(de)(de)采樣點(dian)間隔在一個俯(fu)(fu)仰(yang)(yang)周(zhou)期(qi)(qi)上再丈量(liang)一次，確認俯(fu)(fu)仰(yang)(yang)誤(wu)差。作為一項(xiang)指導原則，假如你要檢查(cha)的(de)(de)(de)是(shi)(shi)機(ji)(ji)(ji)床某元件(jian)的(de)(de)(de)周(zhou)期(qi)(qi)性影響，可(ke)將采樣間隔設為預期(qi)(qi)周(zhou)期(qi)(qi)性俯(fu)(fu)仰(yang)(yang)的(de)(de)(de)1/8，然(ran)(ran)后通(tong)過比較機(ji)(ji)(ji)床絲(si)(si)杠的(de)(de)(de)螺距(ju)、齒條的(de)(de)(de)齒距(ju)、編碼(ma)器、分解器或(huo)球柵尺俯(fu)(fu)仰(yang)(yang)、長型門式軌道的(de)(de)(de)支撐點(dian)之間的(de)(de)(de)間隔等(deng)來(lai)確認可(ke)能(neng)的(de)(de)(de)誤(wu)差來(lai)源。例如，假如誤(wu)差周(zhou)期(qi)(qi)是(shi)(shi)20mm，查(cha)閱機(ji)(ji)(ji)床手冊(ce)我們發現絲(si)(si)杠的(de)(de)(de)導距(ju)也(ye)是(shi)(shi)20mm，很顯然(ran)(ran)誤(wu)差可(ke)能(neng)與絲(si)(si)杠旋轉題目有(you)關，絲(si)(si)杠可(ke)能(neng)在近一次維修或(huo)機(ji)(ji)(ji)床移動時被(bei)弄彎(wan)了，或(huo)者絲(si)(si)杠偏心旋轉。

4、偏移

　　偏(pian)移(yi)是指往程和(he)回程兩次測(ce)試之間具有不變的垂直偏(pian)移(yi)。產生(sheng)偏(pian)移(yi)曲線的可能原因主要(yao)是機床方(fang)面的題目，如反向間隙(xi)未補償(chang)或(huo)不當(dang)補償(chang)、車架與導軌(gui)之間存在間隙(xi)(松動)等。

　　針對(dui)以上題目(mu)可采取(qu)以下解決措施：絲(si)杠/滾珠絲(si)桿(gan)驅動裝(zhuang)(zhuang)置；檢查球狀螺母或絲(si)杠是(shi)(shi)(shi)否磨(mo)損；檢查絲(si)杠軸承(cheng)的(de)端部(bu)浮動情況(kuang)；使用角度(du)光學鏡組檢查軸線(xian)反轉時(shi)的(de)車架角度(du)間隙(xi)；檢查控(kong)制器內設置的(de)反向間隙(xi)補償是(shi)(shi)(shi)否正確；機架和(he)(he)小齒(chi)驅動裝(zhuang)(zhuang)置；檢查牙是(shi)(shi)(shi)否正確嚙合；檢查齒(chi)輪(lun)箱是(shi)(shi)(shi)否磨(mo)損和(he)(he)線(xian)性編碼器系統的(de)狀況(kuang)。

5、燕尾狀

　　圖1為(wei)在往程(cheng)測(ce)試(shi)中出現(xian)向下的(de)坡(po)度的(de)情況，回程(cheng)測(ce)試(shi)為(wei)往程(cheng)測(ce)試(shi)的(de)鏡(jing)像，往程(cheng)和回程(cheng)測(ce)試(shi)之間的(de)偏差(或滯后(hou)或反(fan)向間隙)隨(sui)軸線(xian)離(li)開受驅動端而逐漸進(jin)步。產生燕尾狀(zhuang)的(de)可能原因主要是機(ji)床方(fang)面的(de)題(ti)目(mu)，如滾(gun)珠絲杠(gang)扭(niu)轉、導(dao)軌太緊、使用的(de)誤(wu)差補償(chang)值不(bu)正(zheng)確等。

圖1 燕(yan)尾狀(zhuang)誤差(cha)曲線

　針對以上題(ti)目，有(you)以下建議：檢(jian)查絲杠和導軌潤滑；檢(jian)查在垂直軸上的平衡作用；檢(jian)查并(bing)調節(jie)導軌夾(jia)條；檢(jian)查導軌蓋是否(fou)咬(yao)著及(ji)檢(jian)查控制器(qi)補償。

6、正反向交叉線

　　正(zheng)反(fan)(fan)向交叉線是指正(zheng)向(向外)運行(xing)產生(sheng)負坡度，而反(fan)(fan)向(向內(nei))運行(xing)則產生(sheng)正(zheng)坡度。這是絲杠(gang)扭轉的一(yi)個特殊例子，其中，單向線性(xing)誤差補償(chang)和(he)單反(fan)(fan)向值(zhi)已(yi)在控制(zhi)器中設置。

　　針對(dui)這些題目可采取：檢查絲(si)杠和導軌(gui)潤滑(hua)；檢查在垂直(zhi)軸上的平(ping)衡(heng)作用；檢查并調節(jie)導軌(gui)夾條；檢查導軌(gui)蓋是否咬著；檢查控制(zhi)器補償。

　　假如用戶計劃在軸線(xian)中間(jian)位置完(wan)成(cheng)大(da)部分的(de)工作(zuo)，則(ze)當前(qian)補償(chang)可以為(wei)是較(jiao)佳(jia)的(de)解決方法，由(you)于它將(jiang)max誤差分布(bu)在軸線(xian)端(duan)部，而min的(de)誤差則(ze)在中間(jian)位置。刪(shan)除誤差補償(chang)將(jiang)產生(sheng)燕尾狀圖形。

7、鋸齒形

　　圖2為在(zai)(zai)整(zheng)個(ge)測試過(guo)程中誤(wu)差(cha)都呈(cheng)增加的(de)趨勢，甚至在(zai)(zai)設(she)為基(ji)準值或零的(de)軸線位置上誤(wu)差(cha)還在(zai)(zai)增加。出現此鋸齒形的(de)可(ke)能原因有：(1)絲杠(gang)誤(wu)差(cha)、光學鏡組的(de)熱漂移。(2)機械故障(zhang)、編碼器反饋不(bu)可(ke)靠。

圖2 鋸齒形誤差曲(qu)線

針對以上題目，我們(men)建議：假如誤(wu)差(cha)很小(xiao)(幾個微米)，可(ke)(ke)以在光(guang)學(xue)鏡(jing)(jing)組(zu)(zu)彼此靠近時設為基準(zhun)值(zhi)并(bing)重做測(ce)試。在開始測(ce)試之前確保光(guang)學(xue)鏡(jing)(jing)組(zu)(zu)已有充分的(de)(de)(de)時間(jian)適應(ying)環(huan)境(jing)溫(wen)度，并(bing)讓機床預(yu)熱，假如溫(wen)度或其它環(huan)境(jing)條(tiao)件(jian)在測(ce)試期間(jian)發生變化，則可(ke)(ke)能的(de)(de)(de)原因是激光(guang)設為基準(zhun)值(zhi)時由(you)于(yu)固定(ding)和移動光(guang)學(xue)鏡(jing)(jing)組(zu)(zu)之間(jian)有間(jian)隙而引起(qi)(qi)絲(si)(si)杠(gang)誤(wu)差(cha)。我們(men)要確保在重新測(ce)試之前，盡可(ke)(ke)能降低絲(si)(si)杠(gang)誤(wu)差(cha)的(de)(de)(de)可(ke)(ke)能性。針對由(you)光(guang)學(xue)鏡(jing)(jing)組(zu)(zu)適應(ying)環(huan)境(jing)引起(qi)(qi)的(de)(de)(de)熱漂移題目，在重新測(ce)試之前，我們(men)要確保光(guang)學(xue)鏡(jing)(jing)已有足夠(gou)的(de)(de)(de)時間(jian)適應(ying)環(huan)境(jing)溫(wen)度。雷(lei)尼紹光(guang)學(xue)鏡(jing)(jing)組(zu)(zu)引起(qi)(qi)這(zhe)種誤(wu)差(cha)的(de)(de)(de)可(ke)(ke)能性較(jiao)小(xiao)，由(you)于(yu)鏡(jing)(jing)組(zu)(zu)的(de)(de)(de)制作材料是鋁，能夠(gou)比(bi)鋼更快地適應(ying)環(huan)境(jing)。

　　假如絲杠誤(wu)(wu)差(cha)(cha)和熱(re)漂(piao)移(yi)(yi)(yi)都(dou)不是引起(qi)誤(wu)(wu)差(cha)(cha)的(de)(de)原因，則有(you)可能(neng)(neng)是機械漂(piao)移(yi)(yi)(yi)。機床軸(zhou)線(xian)相對機床位置反饋系統發生(sheng)(sheng)移(yi)(yi)(yi)動(dong)的(de)(de)話，則可能(neng)(neng)是由于(yu)編碼(ma)器或線(xian)性(xing)計(ji)量(liang)儀安(an)裝(zhuang)不牢固引起(qi)的(de)(de)，這(zhe)(zhe)樣，電機的(de)(de)熱(re)量(liang)傳到機床的(de)(de)機體中使機床的(de)(de)溫度逐漸(jian)進步。由于(yu)有(you)這(zhe)(zhe)種可能(neng)(neng)性(xing)，即(ji)產生(sheng)(sheng)移(yi)(yi)(yi)動(dong)的(de)(de)組件(jian)因熱(re)膨脹而(er)移(yi)(yi)(yi)動(dong)的(de)(de)間隔會受(shou)到物理性(xing)限(xian)制(zhi)，若是這(zhe)(zhe)種情況，我(wo)們(men)可以(yi)公道猜測(ce)在一定次數(shu)(shu)的(de)(de)測(ce)試之(zhi)后(hou)，誤(wu)(wu)差(cha)(cha)(單向)增加(jia)的(de)(de)速度將逐漸(jian)降低，機械漂(piao)移(yi)(yi)(yi)有(you)可能(neng)(neng)產生(sheng)(sheng)負誤(wu)(wu)差(cha)(cha)并且所產生(sheng)(sheng)的(de)(de)坡度會是一個(ge)方向比另一個(ge)方向扁平(ping)；另外也有(you)可能(neng)(neng)是由于(yu)編碼(ma)器信(xin)(xin)號有(you)噪(zao)音，造成控制(zhi)器的(de)(de)脈(mo)沖計(ji)數(shu)(shu)增加(jia)，或者編碼(ma)器信(xin)(xin)號電平(ping)與控制(zhi)器輸進不兼容的(de)(de)情況。

8、花瓣形

　　圖3所示的誤(wu)差(cha)隨(sui)時間(jian)和間(jian)隔不(bu)斷(duan)增加使線出現(xian)花瓣形。導致(zhi)花瓣形的可能原因有：(1)在材料溫(wen)(wen)度(du)傳感器定(ding)位(wei)不(bu)正確或者(zhe)膨(peng)脹系數不(bu)正確。(2)滾珠絲杠(gang)在測試期(qi)間(jian)溫(wen)(wen)度(du)進步(bu)、機床溫(wen)(wen)度(du)改變。

圖3 花(hua)瓣(ban)形誤差曲線(xian)

為保證測試(shi)的精確度，建議在開始校準之前要讓機床完全預熱(re)。在圖(tu)3中，安裝滾珠絲杠的端部可能正好與(yu)行程(cheng)起始點重合，并且可在另一端產(chan)生(sheng)軸向浮(fu)動。假如滾珠絲杠在對端受到限制，圖(tu)形(xing)將(jiang)顯示負坡(po)度。

9、三角形

　　三角(jiao)形(xing)曲線是(shi)指誤差(cha)呈(cheng)線性(xing)增(zeng)加，誤差(cha)在行程(cheng)遠端(duan)機(ji)床反轉(zhuan)(zhuan)時(shi)出(chu)現(xian)躍升，然后(hou)在回(hui)程(cheng)測試回(hui)到與軸線起始點時(shi)回(hui)到同樣位置(zhi)上。出(chu)現(xian)三角(jiao)形(xing)的(de)(de)可能原因是(shi)在軸線外端(duan)部(bu)因導(dao)軌磨損而出(chu)現(xian)偏(pian)轉(zhuan)(zhuan)。應當留意(yi)的(de)(de)是(shi)，反向反射鏡(jing)的(de)(de)位置(zhi)對(dui)顯示(shi)的(de)(de)誤差(cha)有(you)明顯影響。建議使用角(jiao)度光學鏡(jing)組直(zhi)接丈(zhang)量偏(pian)轉(zhuan)(zhuan)角(jiao)，以便(bian)對(dui)偏(pian)轉(zhuan)(zhuan)題目的(de)(de)嚴重(zhong)程(cheng)度有(you)充(chong)分的(de)(de)了解。

10、臺階形

　　圖4顯示的或(huo)上(shang)或(huo)下臺階沿軸線長度按一定的間隔出現。出現臺階形(xing)的可能(neng)原因在機(ji)床方面：大(da)機(ji)床上(shang)各齒條段對準不(bu)(bu)佳或(huo)裝配(pei)不(bu)(bu)佳或(huo)線性編碼器或(huo)感應式丈量器分段對準不(bu)(bu)佳或(huo)裝配(pei)不(bu)(bu)佳。

圖(tu)4 臺(tai)階(jie)形誤差曲線

在裝(zhuang)備(bei)有齒(chi)(chi)條(tiao)(tiao)和齒(chi)(chi)輪傳動(dong)機構(gou)的(de)(de)大型機床上，齒(chi)(chi)條(tiao)(tiao)由(you)很多分別裝(zhuang)配(pei)在機床上的(de)(de)單獨分段(duan)(duan)(duan)(duan)組成(cheng)，必須確(que)(que)保每段(duan)(duan)(duan)(duan)都正(zheng)確(que)(que)地(di)與(yu)其它段(duan)(duan)(duan)(duan)對準(zhun)，保證齒(chi)(chi)輪能夠平滑(hua)地(di)從一(yi)段(duan)(duan)(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)到下一(yi)段(duan)(duan)(duan)(duan)。假如齒(chi)(chi)條(tiao)(tiao)段(duan)(duan)(duan)(duan)未(wei)正(zheng)確(que)(que)對準(zhun)，傳動(dong)齒(chi)(chi)輪在經過對準(zhun)不佳的(de)(de)接合點(dian)時可能發生偏(pian)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)。這種(zhong)偏(pian)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)會導致丈量值出現突躍臺(tai)階。這種(zhong)題目(mu)可以通過檢(jian)查每個齒(chi)(chi)條(tiao)(tiao)段(duan)(duan)(duan)(duan)的(de)(de)長度和相(xiang)對位置，并(bing)與(yu)圖形數據比較來查明。

　　綜上(shang)分析可以看出，除機床本身(shen)精度(du)不佳會帶(dai)(dai)來上(shang)述各種誤(wu)差，激光干涉儀操縱不當(包(bao)括精度(du)不夠穩定或采用(yong)自身(shen)對(dui)溫度(du)影響比較敏感的激光干涉儀系統)也會帶(dai)(dai)來較大(da)誤(wu)差。  

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