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数控系统的国产高性能高速四轴四联动的数控机床，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数控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，需要对数控系统参数的设置, 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

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正向最大点补偿号,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 X4.0
N110 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数控系统,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数控系统的螺距误差补偿功能对机床定位误差检测和补偿，可以提高数控机床的加工精度。

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