激光干涉儀在數(shù)控機(jī)床維修中的應(yīng)用

　　一臺(tái)四軸加工中心在加工過程中出現(xiàn)機(jī)床震動(dòng)故障，檢查機(jī)床機(jī)械部件，確定 Y 軸軸承磨損，更換軸承，機(jī)床正常。由于機(jī)床更換軸承導(dǎo)致機(jī)床的原點(diǎn)、定位精度丟失，為了恢復(fù)機(jī)床精度，用激光干涉儀檢測(cè)和補(bǔ)償機(jī)床 Y 軸定位精度，從而恢復(fù)機(jī)床精度。

　　1 、故障處理

　　分別檢查機(jī)床各軸機(jī)械部件運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn) Y軸移動(dòng)時(shí)震動(dòng)聲音明顯。檢測(cè) Y 軸傳動(dòng)部件，發(fā)現(xiàn) Y軸的角接觸軸承磨損，找到故障發(fā)生的具體原因，處理機(jī)床故障。

　　根據(jù)軸承型號(hào)購(gòu)買更換軸承，重新裝配軸承，連接 Y 軸伺服電機(jī)，機(jī)床能正常運(yùn)行。但是，由于更換了 Y 軸軸承，機(jī)床 Y 軸傳動(dòng)部件重新裝配，導(dǎo)致機(jī)床Y 軸的原點(diǎn)、定位精度丟失，為了恢復(fù)機(jī)床精度，需重新校準(zhǔn)機(jī)床 Y 軸精度。而對(duì)于機(jī)床定位精度的校準(zhǔn)，目前使用激光干涉儀是最好的方法。因此文中使用激光干涉儀對(duì)機(jī)床 Y 軸精度進(jìn)行檢測(cè)并補(bǔ)償，恢復(fù)機(jī)床精度。

　　2、精度恢復(fù)

　　由于機(jī)床Y軸傳動(dòng)部件重新裝配、導(dǎo)致Y軸原點(diǎn)變化，需重新設(shè)置Y軸原點(diǎn)，具體步驟如下:

　　( 1) 設(shè)定參數(shù) 1815#4，Y 軸 = 0，絕對(duì)脈沖編碼器原點(diǎn)位置;

　　( 2) 設(shè)定參數(shù) 1006#5，Y 軸 = 0，返回參考點(diǎn)的方向?yàn)檎较?

　　( 3) 關(guān)機(jī)重啟機(jī)床;

　　( 4) 手動(dòng)移動(dòng)機(jī)床 Y 軸，使伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 1 轉(zhuǎn)以上的距離;

　　( 5) 關(guān)機(jī)重啟機(jī)床;

　　( 6) 選擇方式移動(dòng)機(jī)床Y軸到新的原 點(diǎn)位置;

　　( 7) 選擇機(jī)床在 MDI 方式，設(shè)定參數(shù) 1815 #4，Y 軸 = 1。

　　( 1) 安裝激光干涉儀

　　激光干涉儀檢測(cè)設(shè)備采用的是 Rienshaw 公司生產(chǎn)的 XL-80 激光頭、線性測(cè)量反射鏡、線性干涉鏡和波長(zhǎng)補(bǔ)償單元及相應(yīng)的測(cè)試軟件。具體安裝連接圖如圖 1 所示。①安裝激光頭。將 XL-80 激光頭水平安裝在三角架上，連接電源，打開激光頭預(yù)熱 5 min，使激光穩(wěn)定; ②安裝 XC 補(bǔ)償單元。將材料溫度傳感器、空氣溫度傳感器與 XC 補(bǔ)償單元連接。③安裝測(cè)量鏡組。將線性反射鏡、線性干涉鏡安裝在機(jī)床主軸和工作臺(tái)上，并對(duì)準(zhǔn)激光。調(diào)整 XL-80 激光頭和反射鏡的位置，以使光束穿過干涉鏡，并由反射鏡反射回來(lái)。移動(dòng)激光頭、干涉鏡和反射鏡，使測(cè)量光束和參考光束在光靶的中間位置重疊。沿 Y 軸在坐標(biāo)行程范圍內(nèi)移動(dòng)，確保兩束光保持重疊。④運(yùn)行線性測(cè)試軟件。將激光頭和 XC 補(bǔ)償單元和電腦連接，然后打開線性測(cè)試軟件。

　　( 2) 檢測(cè)數(shù)據(jù)的設(shè)置

　　在進(jìn)行檢測(cè)之前，需要進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，主要確定檢測(cè)軸的移動(dòng)范圍、檢測(cè)間隔、檢測(cè)次數(shù)、檢測(cè)點(diǎn)數(shù)，具體設(shè)置數(shù)據(jù)如表 1 所示。

　　除了設(shè)置檢測(cè)數(shù)據(jù)外，為了獲得更好的補(bǔ)償精度，應(yīng)將機(jī)床的螺距誤差補(bǔ)償值和反向間隙設(shè)置為0。進(jìn)入 FANUC 0i MD 數(shù)控系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)界面，具體方法如下: ①將系統(tǒng)處于 “MDI”模式; ②打開設(shè)定 ( SETTING) 畫面，設(shè)定 “寫參數(shù)”為 1; ③設(shè)定參數(shù) 8135#0 = 0，確定螺距補(bǔ)償功能已打開; ④3620補(bǔ)償參考點(diǎn) Y 軸 = 218; ⑤3621 負(fù)向最小點(diǎn)補(bǔ)償號(hào)，Y 軸 = 200; ⑥3622 正向最大點(diǎn)補(bǔ)償號(hào)，Y 軸 = 219;⑦3623 補(bǔ)償倍率，Y 軸 = 1; ⑧3624 補(bǔ)償間隔，Y 軸= 30 000; ⑨打開螺距誤差補(bǔ)償表，把 200—218范圍的數(shù)據(jù)清零; ⑩1851 反向間隙，Y軸 =0;瑏瑡重啟機(jī)床。

　　( 3) 編寫檢測(cè)程序

　　根據(jù)表 1 的數(shù)據(jù)編寫機(jī)床檢測(cè)程序，程序如下:

　　O1001; ( 主程序)

　　N10 M98 P1 L3; / /調(diào)用子程序一，檢測(cè) 3 次

　　N20 M30;

　　O0001; ( 子程序一)

　　N10 G90 G01 F2000;

　　N20 Y5. 0;

　　N30 G4 X2. 0;

　　N40 Y0;

　　N50 G4 X4. 0;

　　N60 M98 P2 L17; / /調(diào)用子程序二

　　N70 Y-5. 0;

　　N80 G4 X2. 0;

　　N90 Y5. 0;

　　N100 G4 X4. 0

　　N110 M98 P3 L17; / /調(diào)用子程序三

　　N120 M99;

　　O0002; ( 子程序二)

　　N10 G91 Y-30. 0;

　　N20 G4 X4. 0;

　　N30 M99;

　　O0003; ( 子程三)

　　N10 G91 Y30. 0;

　　N20 G4 X4. 0;

　　N30 M99;

　　( 4) 數(shù)據(jù)采集

　　將機(jī)床 Y 軸運(yùn)行到原點(diǎn)→運(yùn)行 Renishaw Laser XL線性測(cè)量軟件 ( 軟件設(shè)置值與表 1 對(duì)應(yīng)) →運(yùn)行測(cè)試程序→進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)曲線。

　　2. 3 定位精度補(bǔ)償

　　對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，設(shè)置補(bǔ)償類型為增量值，符號(hào)轉(zhuǎn)換為補(bǔ)償值，用軟件計(jì)算出螺距誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)，如圖 3 所示。

　　根據(jù)圖 3 的螺距補(bǔ)償數(shù)據(jù)補(bǔ)償機(jī)床誤差，具體步驟如下:

　　( 1) 反向間隙補(bǔ)償。Y軸的反向間隙為0.001 mm。設(shè)置反向間隙補(bǔ)償參數(shù) 1851，Y 軸的為1;

　　( 2) 螺距誤差補(bǔ)償。打開系統(tǒng)螺距誤差補(bǔ)償表，輸入圖 3 的補(bǔ)償數(shù)值，具體數(shù)據(jù)如表 2 所示。

　　2. 4 定位精度校驗(yàn)

　　機(jī)床 Y 軸補(bǔ)償后，再次運(yùn)行測(cè)試程序，測(cè)量機(jī)床

　　的定位精度，采集數(shù)據(jù)。

　　Y 軸的定位精度為 0. 002 958 mm，精度已經(jīng)恢復(fù)。

　　3 、結(jié)束語(yǔ)

　　在數(shù)控機(jī)床維修過程中，機(jī)床機(jī)械故障排除、功能恢復(fù)后，注意機(jī)床各項(xiàng)精度的恢復(fù)，以保證機(jī)床的工作精度。激光干涉儀具有測(cè)量精度高、數(shù)據(jù)穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，特別適合數(shù)控機(jī)床的定位精度檢測(cè)與補(bǔ)償。通過激光干涉儀對(duì)機(jī)床 Y 軸定位精度和反向間隙進(jìn)行補(bǔ)償，有效恢復(fù)了數(shù)控機(jī)床的定位精度。