數控機床在運行過程中，其定位精(jing)度(du)會產生一定誤差，正確(que)地運用激光干涉儀，并進行科學地分(fen)析，可有效進步數控機床的定位精(jing)度(du)。

　　隨著數控機(ji)床(chuang)(chuang)應用的(de)(de)普及，采用激(ji)光干涉儀對(dui)(dui)數控機(ji)床(chuang)(chuang)進行定(ding)位(wei)精(jing)度檢(jian)測已經成為(wei)目前公認的(de)(de)高效、高精(jing)度的(de)(de)檢(jian)測方法。不(bu)同的(de)(de)機(ji)床(chuang)(chuang)使用激(ji)光干涉儀檢(jian)測的(de)(de)精(jing)度曲線(xian)會有(you)所(suo)相同，因此就(jiu)需要(yao)對(dui)(dui)不(bu)同的(de)(de)測試結果給予科(ke)學(xue)地分(fen)析。下(xia)面(mian)對(dui)(dui)數控機(ji)床(chuang)(chuang)定(ding)位(wei)精(jing)度常見誤差曲線(xian)進行分(fen)析，并與大家共同探討有(you)效的(de)(de)解(jie)決方案。

1、負坡度

　　負(fu)坡(po)度(du)曲線(xian)向外運(yun)行和向內(nei)運(yun)行兩個測試均出現(xian)向下的(de)坡(po)度(du)。在整個軸線(xian)長(chang)度(du)上，誤(wu)差呈(cheng)線(xian)性(xing)負(fu)增加，這表示(shi)激光(guang)(guang)系統(tong)丈量的(de)間(jian)隔短(duan)于機床位(wei)置(zhi)反(fan)饋系統(tong)指示(shi)的(de)間(jian)隔。出現(xian)負(fu)坡(po)度(du)的(de)可能原因有以下兩種(zhong)：(1)光(guang)(guang)束準直(zhi)調(diao)整不(bu)(bu)(bu)正(zheng)確(que)。假如軸線(xian)短(duan)于1m則可能是材料熱(re)膨脹補償系數不(bu)(bu)(bu)正(zheng)確(que)、材料溫度(du)丈量不(bu)(bu)(bu)正(zheng)確(que)或(huo)者波長(chang)補償不(bu)(bu)(bu)正(zheng)確(que)。(2)俯仰(yang)和扭(niu)擺造成(cheng)阿(a)貝偏置(zhi)誤(wu)差、機床線(xian)性(xing)誤(wu)差。

　　針對以上題(ti)目(mu)，可(ke)采取(qu)的(de)措施有：假(jia)如軸線行程很(hen)短，檢(jian)查(cha)激光的(de)準直情況；檢(jian)查(cha)EC10和丈量頭是否(fou)已(yi)連接(jie)并(bing)有反應(ying)；檢(jian)查(cha)輸進(jin)的(de)手動(dong)環境數(shu)據是否(fou)正確；檢(jian)查(cha)材料傳感器是否(fou)正確定(ding)位以及(ji)輸進(jin)的(de)膨脹系數(shu)是否(fou)正確；使用角度光學鏡組重新做一次丈量，檢(jian)查(cha)機床的(de)俯仰和扭擺誤差。

2、正坡度

　　正(zheng)坡度(du)曲線(xian)(xian)是指在整(zheng)個軸(zhou)線(xian)(xian)長(chang)度(du)上，誤差(cha)呈線(xian)(xian)性正(zheng)遞增(zeng)。這種現象的產生有以下可(ke)能：(1)材料熱膨脹補(bu)償(chang)系(xi)數不(bu)正(zheng)確、材料溫度(du)丈(zhang)量不(bu)正(zheng)確或者波長(chang)補(bu)償(chang)不(bu)正(zheng)確。(2)俯仰(yang)和扭擺造成阿貝偏置誤差(cha)、機(ji)床的線(xian)(xian)性誤差(cha)。

　　針對這些題目，可(ke)采取(qu)以下措施：檢(jian)(jian)查(cha)EC10和傳(chuan)(chuan)感器是否(fou)已連接并有反應，或者檢(jian)(jian)查(cha)輸(shu)進(jin)的手動環境(jing)數據是否(fou)正(zheng)確；檢(jian)(jian)查(cha)材料傳(chuan)(chuan)感器是否(fou)正(zheng)確定(ding)位以及輸(shu)進(jin)的膨脹(zhang)系數是否(fou)正(zheng)確；使用角度光學鏡組(zu)重新做一(yi)次丈(zhang)量(liang)，檢(jian)(jian)查(cha)機床的俯仰和扭擺誤差(cha)。

3、周期性曲線

　　周(zhou)期(qi)(qi)(qi)性曲線(xian)是整個軸線(xian)長度上的(de)(de)重復周(zhou)期(qi)(qi)(qi)誤差。沿軸的(de)(de)俯仰保持(chi)不變，但幅度可(ke)能變化。導致周(zhou)期(qi)(qi)(qi)性曲線(xian)的(de)(de)可(ke)能原因主要是機床(chuang)方(fang)面的(de)(de)題(ti)目，如絲杠(gang)或傳動系統故障(zhang)、編(bian)碼器題(ti)目或故障(zhang)、長型門式機床(chuang)軌道的(de)(de)軸線(xian)直線(xian)度。

　　針對以上題(ti)目建議(yi)采用很(hen)小的(de)(de)(de)采樣點間(jian)隔在一(yi)(yi)個俯(fu)(fu)仰(yang)(yang)周(zhou)(zhou)期上再丈量一(yi)(yi)次，確認俯(fu)(fu)仰(yang)(yang)誤差(cha)(cha)。作為(wei)一(yi)(yi)項指導(dao)原則，假如你要檢查的(de)(de)(de)是(shi)機床(chuang)(chuang)某元件的(de)(de)(de)周(zhou)(zhou)期性影響，可將采樣間(jian)隔設為(wei)預期周(zhou)(zhou)期性俯(fu)(fu)仰(yang)(yang)的(de)(de)(de)1/8，然后通過(guo)比較機床(chuang)(chuang)絲杠(gang)的(de)(de)(de)螺距、齒條的(de)(de)(de)齒距、編碼器(qi)、分(fen)解(jie)器(qi)或球(qiu)柵(zha)尺俯(fu)(fu)仰(yang)(yang)、長型(xing)門式(shi)軌道的(de)(de)(de)支(zhi)撐點之間(jian)的(de)(de)(de)間(jian)隔等來(lai)(lai)確認可能的(de)(de)(de)誤差(cha)(cha)來(lai)(lai)源。例如，假如誤差(cha)(cha)周(zhou)(zhou)期是(shi)20mm，查閱(yue)機床(chuang)(chuang)手(shou)冊我們發現(xian)絲杠(gang)的(de)(de)(de)導(dao)距也(ye)是(shi)20mm，很(hen)顯然誤差(cha)(cha)可能與(yu)絲杠(gang)旋(xuan)轉題(ti)目有關，絲杠(gang)可能在近一(yi)(yi)次維修或機床(chuang)(chuang)移動時被弄彎了，或者絲杠(gang)偏(pian)心旋(xuan)轉。

4、偏移

　　偏(pian)移(yi)是(shi)指往程和回程兩次測試之間(jian)具有不變的垂直偏(pian)移(yi)。產(chan)生偏(pian)移(yi)曲(qu)線的可能原因主要是(shi)機(ji)床(chuang)方面的題目，如反(fan)向間(jian)隙(xi)未(wei)補償或不當補償、車架與(yu)導軌之間(jian)存在間(jian)隙(xi)(松(song)動)等。

　　針對以上題目可(ke)采取(qu)以下(xia)解決措施：絲(si)杠/滾珠(zhu)絲(si)桿驅(qu)動(dong)裝置；檢(jian)查(cha)球狀螺母(mu)或(huo)絲(si)杠是否(fou)磨(mo)損(sun)；檢(jian)查(cha)絲(si)杠軸承的(de)端部浮動(dong)情況；使用角度光學鏡組檢(jian)查(cha)軸線反(fan)轉(zhuan)時的(de)車(che)架角度間(jian)(jian)隙；檢(jian)查(cha)控(kong)制(zhi)器(qi)內設置的(de)反(fan)向間(jian)(jian)隙補償是否(fou)正(zheng)確；機(ji)架和(he)小齒驅(qu)動(dong)裝置；檢(jian)查(cha)牙(ya)是否(fou)正(zheng)確嚙合(he)；檢(jian)查(cha)齒輪箱(xiang)是否(fou)磨(mo)損(sun)和(he)線性(xing)編碼器(qi)系統的(de)狀況。

5、燕尾狀

　　圖(tu)1為(wei)在往(wang)(wang)程測試(shi)中出(chu)現向下的(de)(de)坡度(du)的(de)(de)情況(kuang)，回(hui)程測試(shi)為(wei)往(wang)(wang)程測試(shi)的(de)(de)鏡像，往(wang)(wang)程和回(hui)程測試(shi)之間的(de)(de)偏差(cha)(或滯(zhi)后或反向間隙)隨(sui)軸(zhou)線(xian)離開受驅動端而逐漸進步。產生燕(yan)尾狀(zhuang)的(de)(de)可能原因主要是(shi)機床(chuang)方面的(de)(de)題目，如(ru)滾珠絲杠扭轉、導(dao)軌太緊、使用(yong)的(de)(de)誤差(cha)補償(chang)值不(bu)正確等。

圖1 燕尾狀(zhuang)誤差曲線

　針對以上題目，有以下建議：檢(jian)(jian)(jian)查(cha)(cha)絲杠和導軌(gui)潤滑；檢(jian)(jian)(jian)查(cha)(cha)在(zai)垂直軸上的平衡作用；檢(jian)(jian)(jian)查(cha)(cha)并調節導軌(gui)夾條；檢(jian)(jian)(jian)查(cha)(cha)導軌(gui)蓋是否咬著及檢(jian)(jian)(jian)查(cha)(cha)控(kong)制(zhi)器補償。

6、正反向交叉線

　　正(zheng)反(fan)向交(jiao)叉線是指正(zheng)向(向外)運行(xing)產生負坡度，而(er)反(fan)向(向內(nei))運行(xing)則產生正(zheng)坡度。這是絲杠扭轉的一個特殊例子，其中(zhong)，單(dan)向線性(xing)誤差補償(chang)和單(dan)反(fan)向值已在控(kong)制(zhi)器中(zhong)設(she)置。

　　針(zhen)對這些題目可采取：檢查絲杠(gang)和導(dao)軌(gui)潤滑；檢查在垂直(zhi)軸上的(de)平衡作(zuo)用；檢查并(bing)調節導(dao)軌(gui)夾條；檢查導(dao)軌(gui)蓋(gai)是(shi)否咬(yao)著；檢查控(kong)制器補償。

　　假如用戶計劃在(zai)軸線(xian)中間位置(zhi)完成大(da)部(bu)分的工(gong)作，則(ze)當前補(bu)償可以為(wei)是較佳的解決(jue)方法，由于它將max誤(wu)(wu)差(cha)分布在(zai)軸線(xian)端部(bu)，而min的誤(wu)(wu)差(cha)則(ze)在(zai)中間位置(zhi)。刪除誤(wu)(wu)差(cha)補(bu)償將產生燕尾狀(zhuang)圖(tu)形(xing)。

7、鋸齒形

　　圖(tu)2為在整個測(ce)試過程(cheng)中誤差都呈增加(jia)的(de)趨(qu)勢，甚至在設為基準值(zhi)或零的(de)軸線位置上(shang)誤差還在增加(jia)。出現(xian)此鋸齒形的(de)可能原(yuan)因有(you)：(1)絲杠誤差、光學鏡組(zu)的(de)熱漂移。(2)機械故(gu)障、編(bian)碼器反饋不可靠(kao)。

圖2 鋸齒形誤差(cha)曲線

針對以上題目，我(wo)們(men)建議：假(jia)如誤差(cha)(cha)很小(xiao)(幾個(ge)微(wei)米)，可(ke)以在(zai)光(guang)學(xue)(xue)(xue)鏡(jing)(jing)組(zu)(zu)彼此靠近時設為(wei)(wei)基(ji)準值(zhi)并重(zhong)做測(ce)(ce)(ce)試。在(zai)開(kai)始測(ce)(ce)(ce)試之前(qian)(qian)確保光(guang)學(xue)(xue)(xue)鏡(jing)(jing)組(zu)(zu)已(yi)有充(chong)分的時間(jian)(jian)適應環境(jing)溫(wen)(wen)度(du)，并讓(rang)機床預熱(re)，假(jia)如溫(wen)(wen)度(du)或其它環境(jing)條(tiao)件在(zai)測(ce)(ce)(ce)試期間(jian)(jian)發生變化，則可(ke)能的原因是激(ji)光(guang)設為(wei)(wei)基(ji)準值(zhi)時由于固定(ding)和移(yi)動光(guang)學(xue)(xue)(xue)鏡(jing)(jing)組(zu)(zu)之間(jian)(jian)有間(jian)(jian)隙而引(yin)起絲杠誤差(cha)(cha)。我(wo)們(men)要確保在(zai)重(zhong)新測(ce)(ce)(ce)試之前(qian)(qian)，盡可(ke)能降低絲杠誤差(cha)(cha)的可(ke)能性。針對由光(guang)學(xue)(xue)(xue)鏡(jing)(jing)組(zu)(zu)適應環境(jing)引(yin)起的熱(re)漂移(yi)題目，在(zai)重(zhong)新測(ce)(ce)(ce)試之前(qian)(qian)，我(wo)們(men)要確保光(guang)學(xue)(xue)(xue)鏡(jing)(jing)已(yi)有足夠的時間(jian)(jian)適應環境(jing)溫(wen)(wen)度(du)。雷尼紹光(guang)學(xue)(xue)(xue)鏡(jing)(jing)組(zu)(zu)引(yin)起這種(zhong)誤差(cha)(cha)的可(ke)能性較小(xiao)，由于鏡(jing)(jing)組(zu)(zu)的制作材料是鋁，能夠比(bi)鋼更快地適應環境(jing)。

　　假如(ru)絲杠誤(wu)差和熱(re)(re)漂移(yi)都不(bu)是(shi)引(yin)起(qi)誤(wu)差的(de)(de)(de)原因(yin)，則有(you)可(ke)能(neng)是(shi)機械漂移(yi)。機床軸(zhou)線相對機床位置反饋系統發(fa)生(sheng)移(yi)動的(de)(de)(de)話，則可(ke)能(neng)是(shi)由(you)于(yu)(yu)編(bian)碼器或線性計量儀安裝不(bu)牢固引(yin)起(qi)的(de)(de)(de)，這(zhe)樣(yang)，電(dian)機的(de)(de)(de)熱(re)(re)量傳(chuan)到機床的(de)(de)(de)機體中使機床的(de)(de)(de)溫度(du)(du)逐(zhu)漸進步。由(you)于(yu)(yu)有(you)這(zhe)種(zhong)可(ke)能(neng)性，即產生(sheng)移(yi)動的(de)(de)(de)組(zu)件(jian)因(yin)熱(re)(re)膨脹而(er)移(yi)動的(de)(de)(de)間(jian)隔會受到物理性限制(zhi)，若是(shi)這(zhe)種(zhong)情(qing)況，我們可(ke)以公道猜測(ce)在一定次數(shu)的(de)(de)(de)測(ce)試(shi)之后，誤(wu)差(單(dan)向(xiang))增加的(de)(de)(de)速度(du)(du)將逐(zhu)漸降低，機械漂移(yi)有(you)可(ke)能(neng)產生(sheng)負誤(wu)差并且所產生(sheng)的(de)(de)(de)坡度(du)(du)會是(shi)一個方向(xiang)比另一個方向(xiang)扁平(ping)；另外(wai)也(ye)有(you)可(ke)能(neng)是(shi)由(you)于(yu)(yu)編(bian)碼器信號有(you)噪音(yin)，造成控制(zhi)器的(de)(de)(de)脈沖計數(shu)增加，或者(zhe)編(bian)碼器信號電(dian)平(ping)與控制(zhi)器輸進不(bu)兼容的(de)(de)(de)情(qing)況。

8、花瓣形

　　圖3所(suo)示(shi)的誤差(cha)隨(sui)時間和間隔不(bu)(bu)斷增加使線出現花瓣形。導致(zhi)花瓣形的可能原因有：(1)在(zai)(zai)材料溫(wen)度(du)傳感器定(ding)位不(bu)(bu)正(zheng)確或者膨脹系數不(bu)(bu)正(zheng)確。(2)滾珠絲(si)杠在(zai)(zai)測試期間溫(wen)度(du)進步、機床溫(wen)度(du)改變。

圖3 花瓣形誤差(cha)曲(qu)線

為保證(zheng)測試的精確度，建議在開(kai)始校準之前(qian)要(yao)讓機床完全(quan)預熱。在圖3中，安裝滾珠絲(si)杠的端(duan)部可能正好與(yu)行(xing)程(cheng)起始點重合(he)，并且可在另一(yi)端(duan)產生軸向(xiang)浮動。假如滾珠絲(si)杠在對端(duan)受到(dao)限制，圖形將顯(xian)示負坡度。

9、三角形

　　三(san)角(jiao)形(xing)曲線是指誤(wu)差(cha)呈線性增加，誤(wu)差(cha)在行程(cheng)遠端機床(chuang)反(fan)轉(zhuan)時出現(xian)躍升，然后在回程(cheng)測試回到與軸線起始(shi)點時回到同樣位置上。出現(xian)三(san)角(jiao)形(xing)的可(ke)能原因是在軸線外端部因導軌(gui)磨(mo)損而(er)出現(xian)偏(pian)(pian)轉(zhuan)。應(ying)當留意的是，反(fan)向反(fan)射鏡(jing)的位置對顯(xian)示的誤(wu)差(cha)有明顯(xian)影響(xiang)。建(jian)議使(shi)用角(jiao)度(du)光學鏡(jing)組直(zhi)接丈量偏(pian)(pian)轉(zhuan)角(jiao)，以便對偏(pian)(pian)轉(zhuan)題目的嚴重程(cheng)度(du)有充分的了解。

10、臺階形

　　圖4顯示的或上(shang)或下臺階沿軸線長(chang)度按一定的間(jian)隔出(chu)現。出(chu)現臺階形的可能原(yuan)因(yin)在(zai)機(ji)床方面：大機(ji)床上(shang)各(ge)齒條(tiao)段對準不佳或裝(zhuang)配不佳或線性編碼器或感應式丈量器分段對準不佳或裝(zhuang)配不佳。

圖(tu)4 臺階形誤差曲線(xian)

在裝(zhuang)備有齒(chi)(chi)(chi)(chi)條(tiao)和齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪傳動機(ji)構的(de)(de)大型機(ji)床(chuang)上，齒(chi)(chi)(chi)(chi)條(tiao)由很多分(fen)(fen)別裝(zhuang)配在機(ji)床(chuang)上的(de)(de)單獨分(fen)(fen)段(duan)組成，必須確(que)(que)保每段(duan)都(dou)正(zheng)確(que)(que)地(di)與(yu)其(qi)它(ta)段(duan)對(dui)(dui)準，保證齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪能夠平滑地(di)從一段(duan)轉(zhuan)到下一段(duan)。假如齒(chi)(chi)(chi)(chi)條(tiao)段(duan)未正(zheng)確(que)(que)對(dui)(dui)準，傳動齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪在經過(guo)(guo)對(dui)(dui)準不佳的(de)(de)接合點(dian)時可(ke)能發生偏轉(zhuan)。這(zhe)種(zhong)偏轉(zhuan)會(hui)導致丈量(liang)值出現突(tu)躍臺階。這(zhe)種(zhong)題(ti)目可(ke)以通過(guo)(guo)檢查每個齒(chi)(chi)(chi)(chi)條(tiao)段(duan)的(de)(de)長度和相對(dui)(dui)位置，并與(yu)圖形(xing)數據比較來查明(ming)。

　　綜上分析可以看(kan)出(chu)，除機床本身精度(du)(du)不佳會(hui)帶(dai)(dai)來上述各種誤差，激光(guang)干(gan)(gan)涉儀操縱不當(dang)(包括(kuo)精度(du)(du)不夠穩定或采用自身對溫(wen)度(du)(du)影(ying)響(xiang)比較敏感的激光(guang)干(gan)(gan)涉儀系(xi)統(tong))也會(hui)帶(dai)(dai)來較大誤差。  

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