QP2033 -L精密四轴加工中心精度检测与补偿
引言QP2033 - L精密四轴加工中心是一台配备 FANUC 0i MD精工系统的国产高性能高速四轴四 联动的精工机床，可以同时控制X、Y、Z、A四个伺 服控制轴和一个主轴。该四轴加工中心为半闭环控 制，采用HIWIN公司高精度的滚珠丝杠作为驱动元 件。机床的X、Y、Z轴的定位精度为0.01mm, A轴 定位精度为15弧秒，此次加工产品出现X尺寸方 向超差0. 06mm。针对该情况，应用激光干涉仪检 测技术和FANUC 0i MD精工系统螺距误差补偿功 能，对QP2033 -L精密四轴加工中心X轴定位精度 进行检测并补偿，可以达到提高机床精度的目的。_、激光干涉仪检测的基本原理激光干涉仪是利用干涉镜原理来进行定位精度 检测的，其测量基本原理如图1所示。测量时，从激 光头射出的激光束（图中①）经分光镜分成两道光 束（图中②和③），一道光束（参考光束②）由反向反 射镜反射回去，另一道光束（测量光束③）由移动反 向反射镜反射回去，两道返回光束在分光镜合成光束（图中④），进入激光头内的探测器形成一道干涉 光束。其中，当两道返回光束波长相同时，形成明条 纹，称为“相长干涉”。当两道返回光束的波长存在 180°的相位差时，形成暗条纹，称为‘‘相消干涉”。 当光程差发生变化时,探测器将在光路改变时检测 到相长干涉和相消干涉的明暗条纹信号，这些信号 被探测器记录，用于计算测量的实际位移。二、精度检测根据激光干涉仪检测的基本原理，进行机床精 度检测,确定机床误差。具体步骤如下：1.安装激光干涉仪激光干涉仪检测设备采用的是英国Rienshaw公司生产的激光干涉仪系统，包括XL -80激光头、 线性测量反射镜、线性干涉镜、补偿单元和计算机及 相应的测试软件。激光干涉仪系统的具体安装连接图如图2所 示：(1)安装激光头。将XL-80激光头水平安装 在三角架上，连接电源，打开激光头预热6分钟，使 激光稳定，(2)安装XC补偿单元。将材料温度传感器、 空气温度传感器与XC补偿单元连接。(3)安装测量镜组。将线性反射镜、线性干涉 镜安装在机床主轴和工作台上，并对准激光。调整 XL -80激光头和反射镜的位置，以使光束穿过干涉 镜,并由反射镜反射回来。移动反射镜，使测量光束 ③和参考光束②在探测器接口位置重叠。使反射镜 沿X轴坐标行程范围内移动，确保两束光_直保持 重叠，使激光光束强弱LED指示灯_直保持绿色。(4)运行线性测试软件。将激光头和XC补偿 单元和电脑连接，然后打开线性测试软件，设置材料 的热膨胀系数为11.7ppm/°C (机床采用的半闭环控 制）3.检测数据的设置在进行检测之前，需要对精工系统参数的设置, 主要确定检测轴的移动范围、检测间隔、检测次数、 检测点数，具体设置数据如表1所示。表1检测数据的设置 设备名称 检测轴 检测范围 /mm 检测间距 /mm 检测 次数 检测 点数 QP2033 -L精密四 轴加工中心 X轴 0-840 60 3 14 根据检测数据表设定系统参数，具体设定方法 如下：(1)将系统处于“MDI”模式；⑵打开设定（SETTING)画面，设定“写参数”为1;(3)设定参数8135#0 =0,确定螺距补偿功能 已打开；(4)3620补偿参考点X轴=101;(5)3621负向最小点补偿号,X轴=100;(6)3622正向******点补偿号,X轴=116;(7)3623补偿倍率，X轴=1;(8)3624 补偿间隔,X 轴= 60000;(9)打开螺距误差补偿表，把100到116范围 的补偿数据清零；(10)1851反向间隙，X轴=0;(11)重启机床；2.编写检测程序根据表一的数据编写机床检测程序，程序如下: O1001;(主程序）N10 M98 P1 L3;检测次数 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;调用子程序二N70 X5.0;N80 G4 X2.0;N90 X - 5. 0;N100 G4 X4.0N110 M98 P3 L14;调用子程序三 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.数据采集将机床X轴运行到原点—•运行Renishaw laser- XL线性测量软件（软件设置值与表1对应）—运行 测试程序—进行数据采集，采集的数据曲线如图3 所示。从测试数据中看出，机床X轴定位精度比较 大，其定位误差为0.058mm,由此可以确定机床X 轴尺寸超差0. 06mm的原因是由于X轴定位精度误差导致，因此需要调整螺距补偿值。三、精度补偿(一）设置螺距误差补偿表 根据采集的数据进行分析，设置误差补偿表。 由于机床采用的是FNAUC Oi MD精工系统,螺距误 差补偿设置类型①图表类型为均值补偿;②补偿类 型为增量；③补偿分辨率为〇. 〇〇1mm;④正负符号 转换为补偿值。软件自动计算出螺距误差补偿表, 如图4所示。(二）误差补偿将补偿数值输入系统螺距误差补偿表,打开螺 距误差补偿表，输入图4的补偿数值，具体步骤如下：(1)将系统处于“MDI”模式；⑵打开设定（SETTING)画面，设定“写参数”为1;(3)打开螺距误差补偿表输入螺距误差补偿 值，见表2;(三）精度校验对机床X轴补偿后，再次运行测试程序，测量 机床的定位精度，采集数据曲线如图5所示。从采 集的数据可以看出：机床X轴的定位精度为0. 004mm,已经明显提高。表2螺距误差补偿表 序号 螺补表编号 补偿位置/mm 误差值/^ 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、结论利用激光干涉仪检测技术和精工系统的螺距误 差补偿功能对机床定位误差检测和补偿，可以提高 精工机床的加工精度。海天精工相关产品：加工中心,钻攻中心,高速加工中心,立式加工中心,雕铣机