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1 前言
“數(shù)控機床位置精度檢驗與補償”課程是一門實踐性很強的課程，通過真實的理實一體化教學方法，依托任務驅動的教學項目，訓練學生掌握應用激光干涉儀、回轉軸校準裝置等檢測設備測量數(shù)控機床直線軸、旋轉軸的位置精度，并規(guī)范操作數(shù)控機床完成誤差數(shù)據(jù)的采集、補償參數(shù)的輸入，最終實現(xiàn)好的補償效果。但是由于激光干涉儀操作難度大、與數(shù)控機床緊密配合、操作技術環(huán)節(jié)復雜，因此很難保證補償?shù)某晒蛯嵱柕男Ч?br/>2 加工中心 A 軸位置精度的檢測與補償
加工中心是北京第一機床廠生產(chǎn)的 XHA714 數(shù)控機床，數(shù)控系統(tǒng)是華中世紀星 22M。數(shù)控立臥回轉工作臺與 X 軸平行安裝，稱為 A 軸，用作加工中心的第四軸?；剞D工作臺整個傳動鏈由電機、一對嚙合齒輪、單級蝸桿副及工作臺組成，當電機接到由控制單元發(fā)出的啟動信號后，經(jīng)傳動鏈驅動使工作臺實現(xiàn)旋轉分度。加工中心 A 軸的進給位置精度依賴回轉工作臺內(nèi)各個傳動部件的制造精度、裝配精度和轉臺與機床的安裝精度。
但是只依靠以上兩個方面還不夠。采用先進的測量設備——激光干涉儀以及回轉軸校準裝置對加工中心A 軸進行位置精度檢測與補償，是進一步大幅度提高加工中心旋轉軸進給位置精度的有效手段。
數(shù)控機床的特點是數(shù)控系統(tǒng)和機床的有機結合，數(shù)控機床位置精度的補償原理正是應用這一點。采用軟件補償?shù)姆椒?，即通過測量出各目標位置的平均位置偏差，將偏差值疊加到插補指令上，從而使誤差得到抵消。
XR20-W 無線型回轉軸校準裝置與激光系統(tǒng)和角度干涉鏡配合使用，可以完成旋轉軸位置精度的檢測與補償，測量原理見圖 1：從激光頭射出的光束穿過角度干涉鏡，分成兩束平行光束，反射鏡將兩束光反射回干涉鏡后匯合為一束光，回激光頭回光孔；測量時運行機床使被測軸旋轉，無線型回轉軸校準裝置也隨之旋轉，測量軟件按照測量間隔角度反向旋轉反射鏡，使激光光路保持準直；激光頭通過分析匯合光的明暗變化，計算出被測軸的角度位置誤差。
圖１角度位置精度測量原理
2 激光光路的準直
1）準備工作。測量所用的光學鏡及相關輔助元件有激光頭、XR20-W 無線型回轉軸校準裝置（帶角度反射鏡）、角度干涉鏡、固定環(huán)、定心輔助裝置、其他輔助裝置等。首先確認機床調(diào)平，之后拆下 A 軸上的三抓卡盤，安裝固定環(huán)，利用定心裝置將固定環(huán)與旋轉軸同心，將 XR20-W 無線型回轉軸校準裝置安裝在固定環(huán)上，加工中心工作臺上安裝角度干涉鏡，目測安裝在角度反射鏡的正前方，鏡組在機床上的布局見圖 2。根據(jù)角度反射鏡準直輔助面上靶點的高度安裝三腳架，見圖 3。三腳架必須放置在堅硬的地面上，不能安裝在木質(zhì)的踏板上。三腳架調(diào)平并安裝激光頭，打開筆記本電腦，運行旋轉軸測量軟件，XR20-W 無線型回轉軸校準裝置與電腦藍牙連接。
2）角度干涉鏡的準直。將光靶安裝在角度干涉鏡上，靶點在上。調(diào)整激光頭位置，使激光光束射中靶點（即角度干涉鏡上三分之一處），之后拆下光靶，激光光束將通過角度干涉鏡后變成兩束激光平行向前射出。
3）角度反射鏡的準直。使用角度反射鏡的準直輔助面準直激光，將準直輔助面面對干涉鏡，通過微調(diào)角度干涉鏡和激光頭的位置，使兩束平行光入射準直輔助面的上靶點，見圖 4。之后將角度反射鏡的測量面調(diào)至面對干涉鏡，激光頭光閘調(diào)至輔助調(diào)光位置，此時激光回光打到激光頭的回光孔光靶上；再將激光頭光閘調(diào)至測量位置，激光頭上五盞指示燈全亮，光路準直完成。
加工中心Ａ軸位置精度檢測
1）在測量軟件上進行測量設置，在加工中心上編寫測量程序。光路準直成功后，確定測量開始點為 0 度位置，360 度是最后一個測量位置。要求加工中心 A 軸沿正方向運行，測量間隔 30 度，運行到每個間隔將暫停六秒，以便激光系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)。在行程的起始和終點要有 10 度越程移動，消除運動間隙。根據(jù)以上要求，在測量軟件上點擊“新測試” 按鈕進行測量設定；在加工中心上編寫測量程序。
2）測量開始。測量軟件上點擊“位置跟蹤”按鈕設置測試跟蹤，之后點擊測量開始；在操作加工中心 A 軸運行剛剛編寫的測量程序。A 軸運轉至各個目標點，采集各個點的誤差數(shù)值，誤差值就是當前激光讀數(shù)與當前目標位置之間的差值，并五遍采集數(shù)據(jù)。這時如果出現(xiàn)只采集兩三個點的數(shù)據(jù)光路就沒有了的情況，首先考慮是回轉軸校準裝置的安裝與 A 軸不同心所造成的。解決辦法是重新安裝回轉軸校準裝置并重新進行光路的準直操作。
3）數(shù)據(jù)分析。點擊“分析數(shù)據(jù)”按鈕進行數(shù)據(jù)分析，誤差數(shù)據(jù)曲線及精度數(shù)據(jù)見圖 5。

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3 確保補償成功的操作要點
1）根據(jù)機床的現(xiàn)狀，合理進行光學鏡組的布局。先安裝無線型回轉軸校準裝置，安裝要求是確保與加工中心 A 軸同心；再安裝角度干涉鏡，目測安裝在角度反射鏡的正前方，與角度反射鏡同高度。
2）三腳架必須放置在堅硬的地面上，不能安裝在木質(zhì)的踏板上，并靠近鏡組擺放，三腳架應調(diào)平。在目測情況下盡量將激光頭放正，即垂直于加工中心的 X 軸。云臺上的位置控制旋鈕預先調(diào)至中間位置，這樣可以方便光路的準直調(diào)節(jié)工作。
3）光路準直前，必須進行兩個“回參”動作，即操作時加工中心 A 軸先回參，再操作測量軟件使回轉軸校準裝置回參。
4）測量時，被測旋轉軸正方向運行從 0 ～ 360 度，0 度參考點必須是被測量及補償?shù)狞c。
5）開始測量操作，注意先操作測量軟件，讓回轉軸校準裝置先測量開始，等待自校準穩(wěn)定之后，再操作加工中心 A 軸運行測量程序，使 A 軸運轉至各個目標點。
6）合理選擇“均值補償”和“各自補償”方案，選擇依據(jù)是從誤差圖形上判斷。本例反向間隙較為均勻，可以選擇均值補償；否則各自補償效果會更好。
7）補償數(shù)據(jù)輸入數(shù)控系統(tǒng)軸補償參數(shù)后，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)要求操作機床（重啟或復位）。再一次做位置精度檢測時，增量型編碼器的機床或采用有擋塊回參考點的數(shù)控機床一定要執(zhí)行返回參考點操作，這樣補償參數(shù)才能生效，確保機床的軸補償效果。

加工中心 A 軸位置精度檢測與補償

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