浅谈影响数控机床几何精度中直线度实现高精度测量的几点内因及其解决方法.pdf

口 ； 簧锬影晌数控iI ；I]I 旆八I n- l ,f ,m 廛【 l 】 直纬度 实瑰高精度； 则星的几点内因及县解决方； 去 一 文 ／ 天津市质量监督检验站第十二站高育强 对每个加工企业来说，购买数控机床是一笔相 当 可观 的投 资。经验表 明，大多数的数控机 床在安装时 必须在现场调试后才能符合其技术指标。 因此 在新机 床验收 时，要进行检定，使机床一 开始安 装就能保证 达到其 技术指标 及预期 的质量和效 率。 伴 随着我 国 机械制造 业的迅猛发展 ，数控机床 已得到广 泛应用， 但对于 数控机床 的精度要求也越来越高。数控机床的 精度和性能检测领域中，国外著名厂商 R e n i s h a w、 A P I 及 H P等公 司生产 的激光干涉仪测 量系统和球杆 仪等在数控机床的几何精 度和运 动精度 的检测 和监控 中，无论在机床制造厂还 是机床使 用厂，都得到 了广 泛的应 用。 作为天 津市技术监督局计量认证及审查认可，并 获得 了天津市技术监督局颁发的产 品监督检验站授权 证书的质量监督部门， 我站主要负责各类机床及附件、 建筑机械等六大类产品的检验工作。其中，数 控机床 作为机床类的主导产品，尤为重 要，而作 为机床几何 精度检验 中的关键项 线 性运 动的直线度，传统的测 量手 段已经远远不能适应机床制造技术突飞猛进的发 展 的需要，进而诞生 了采用激光干涉仪实现数控机床 高精度直线度的测量。 7 8 第0 7 期数控机床市场 我 站 配 备 有 英 国 R e n i s h a w 公 司 生 产 的 ML 1 O G OL D激 光干涉仪及相 关的直 线度测 量组件，可实现 短程 0 ． 1 ～ 4 ． 0 m 分辨率 0 ． 0 1 u m 长程 1 - 3 0 m 分辨率 0 ． 1 u m的测量，真正实现数控机床高精度 直线度测量。本人通过在天津第一机床总厂、天津市 第二机床厂，天津市精诚机床制造有限公司等机床 制 造单位长期检测使用，积累了一定的测量经验。现将 有关影响数控机床几何精度中直线度实现 高精度 测量 的几点 内因及其解决 方法的一些经验 介绍给大家。 本人通过近几年 日常检测 中广泛 的使 用以及不断 搜 索测量知识 和逐 步积 累的经验，发 现影响其 实现高 精度测量的内在因素及其解决方法可归纳为以下三个 方面， 为 了更好 的认 识，减 少甚 至消 除其带来 的不 良 影响，现 总结如下。 一 、死程误差 死程是在使 用 E C 1 0自动补偿 的方式进 行线 ，l生位 移测量 中随环境 参数的变化而产 生的一种误差。 当激光干 涉仪定 零点 时，激光测量 光路 的死程 误 差与两个 光学元件 之间的距 离有关。如 果干涉镜和 反 射镜之 间没有运动，但 激光光 束周围 的环境 条件 变化 时， 那么在整个光路 L 1 L 2 内的波长会发生 变化 。 若改 变 “ 环境 系数”来校正 新的环 境条件 时，激光测 量系统则只在 L 2距 离段上进行补偿。 I m f l 怕 } ．’ l I _ L l’ 谧 ‘ 。 ■■ ， ■■啊 I 霸 ’●■ I 1 0 希 ‘n | ’l ”L q 眈 i 雄 应该指 出，在定 零点时若 固定 光学镜和 移动光 学 镜是挨在一起放置 的，则死程误差可 以忽略不计 。 在移动 光学镜位 于坐标轴 零点位置 时， 两个光 学 元件彼此间距为最大的这种机器上，可按下述步骤进 行预 置， 以避 免激光干 涉仪 以该点 定零点 时引起 的潜 在 的死程误 差 一___ 把移动光学镜放 在坐标轴零点位 置上 一__ 激光干涉仪定零 点 一--m-- 把 移动 光学镜 运动到 坐标轴 另 一端【 使 两个光学镜尽量接近 ，注意要保持读数的符号与光 栅尺的符号一致 时 其 广 _ ] 二、 余弦误差 激光光 束同运动坐标 轴的调准误 差会导致测量 的 距离 和实际运动距离之 间的误 差， 该误 差通常称为 “ 余 弦 误差 ” ， 因为该误 差与 1 一 C o s a 成正 比，a为激 光光束 同运动 坐标轴线之 间的误 差夹 角 当激光 测量系统 的光 路调整后 与运 动坐标轴不 同 轴 时， 该余弦误 差会 导致测量距离 比实际运动距 离短， 这样 如图所示。 l l 曲． ● 余弦误蔗 如下 表 1 所 示，误差 夹角的微小增 加均会导致很 大的余弦误 差 表1 角度 毫弧度 角度 弧分 误差 微米／ 米 O ． 4 5 l _ 5 3 0 1 ． 0 3 ． 4 3 O ． 5 1 ． 4 4 ． 8 7 1 3 ． 2 l lo ． 8 7 5 ● } 。． 螬 _ ． ．、 玲l l1≮ 羞 _ 4 ． 5 ～ ≮ 譬 譬 涌爨黪 我们 在对天津市某 机床制造 有限公司生产 的数控 弧齿锥齿 轮铣齿机 的检测 中发现 其大 多数产 品 X Y Z 三轴 的行程很 短，甚 至不足 1 O O mm， 如 此小 的行程 更容 易发 生 “ 余弦 误 差” ， 造成 盲 目的补 偿甚 至加 工 精度的严重偏差。 因此。进行光路的细调校准以在测量座标全行程 上获得尽 可能恒定 的信 号读数强 度，然后微转 激光头 使测量读数值最大， 由此使余弦误差减至最小。 三、 阿贝偏置误差 若激光光束调准得与指定的校准坐标轴为平行偏 第0 7 期数控机床市场 7 9 F 置时，在这种情况下进行 测量，光学元件偏置 安装引起 的角度运动 俯 仰会导致 阿贝偏 置误 差。 一 个弧 秒 的角度运 动导致 的误 差约 为 0 ． 0 0 5 m／ mm 的偏 置。下 表 2举例给 出随扭 摆误 差增加所 引起 的 误 差变化 表2 角度 偏 距离 m m 弧秒 5 l O 5 0 1 0 O 5 0 0 1 0 ．0 24 0． 04 8 O． 24 O． 48 2． 4 2 0 ．0 48 O． O97 O． 48 O ．9 7 4． 8 5 O．1 2 0．2 4 1 ． 2 2 ．4 l 2 1 0 O ．2 4 O． 97 2． 4 9．7 4 8 2 0 O ．4 8 O． 97 4． 8 9．7 4 8 6 0 1 ． 4 5 2 ． 9 1 4 ． 5 2 9 1 4 5 1 2 0 2 ． 9 5 ． 8 。 2 9 5 8 2 9 0 因此恒定 角度不会导致阿贝误 差， 因运动光学镜会 超前 ／ 滞后其枢点 一个恒定的距离，而且 系统操 作是 差 动测量原理。 世 8 0 第o 7 期数控机床市场 舡 阿贝偏置误差