摘 要 ： 數控係統 螺（luó）距誤差補償功能對數控（kòng）機（jī）床的位置精度有直接影響 。 在（zài） 研 究MITSUBISHI M70V 數控係統（tǒng）螺距誤差（chà）補償功能的過程中，首先利用高精度測量係統對機床位（wèi）置精度進行測（cè）量，再進一步完成其補償功能。 從而改善機床的位（wèi）置精度，給實際應用中螺（luó）距誤差的補償提（tí）供了一定（dìng）參考。
 
      關鍵詞： M70V 數（shù）控係統；螺距誤差；精度測量
 
      1 、螺距誤差補償原理
 
     （1）數控係統螺距誤（wù）差補償原理
 
      數控係統螺 距誤差補償 的基本原理 是將數控機床某軸的指（zhǐ）令機械位置（zhì）與高精度位置（zhì）測量係 統所得的實際機械位置相比較，計算出在（zài）全行程上的誤差分布曲線，將誤差以數據表的形式輸入數控係統中，當數控係統控（kòng）製該軸運動時，數控係統會自動考慮（lǜ）該誤差（chà）值並加（jiā）以補償，如圖 1 所（suǒ）示。
 

    
        圖 1 數（shù）控係統螺距誤差補償原理
 
    1.理想機械位置 2.不（bú）進行補償的實際機（jī）械位置（zhì） 分割點具體補償方法（fǎ）步驟： ①安裝高精度測量（liàng）係統；②編寫程序（xù）讓數控機床（chuáng）坐標軸在整個行程上（shàng）移動一（yī）些固定（dìng）位（wèi）置；③高精度位置測（cè）量係統（tǒng）檢（jiǎn）測（cè）機床移動的實際位置值；④高精度位置測量係統分析計算數控機床誤差補償值並生成誤差表；⑤將誤差補償值輸入數控係統（tǒng）進行自動補償。
 
    （2）高精度位置（zhì）測量係統（tǒng）檢測基本原理
  
     高精度位置 測量係統檢 測機床的（de）螺 距誤差一般常用 2 種方法：步（bù）距規和激光幹涉（shè）儀。 步距規是通過一個標準的等距量塊， 用千分表打表檢測，這種測量方法檢測精度（dù）低，現在基（jī）本不采用這種（zhǒng）方法檢測。 而激光幹涉（shè）儀（yí）是以激光（guāng）波長為已（yǐ）知長度（λ=633 nm），利用 Michelson 幹涉係統測量位移的通用長度測量。 激光具有（yǒu）高強（qiáng）度、高度方向性、空間（jiān）同調（diào）性、窄帶寬和高度單色性等優點。 目前常用來測量長度的激光幹涉儀， 主要是以 Michelson 幹涉儀（yí）為主，並以穩頻氦氖激（jī）光為光源，構成一個具（jù）有幹涉作用的測量係統（tǒng）。 其測（cè）量係統的基本原理如圖 2 所示。 在進行測量時，從激光頭射出的激光束經分光鏡分成 2 道光（guāng）束，一道光束（參考光束（shù））由反向（xiàng）反射鏡（jìng）反射（shè）回（huí）去，另一（yī）道光束（測量光束）由移動反向反射鏡（jìng）反（fǎn）射回去，2 道返回（huí）光束（shù）在（zài）分（fèn）光鏡處變為合（hé）成光束進入激光頭內的探測器（qì）形成一道幹涉光束。 其中，當 2 道返回（huí）光束波長相同時，形成（chéng）明條（tiáo）紋，稱為
相長幹涉。 當 2 道返回光束的波長存（cún）在 180°的相位差時，形成暗條紋，稱為相消幹涉。 當光程差發生變化（huà）時，探測器將（jiāng）在光路改變時檢測（cè）到相長幹涉和（hé）相消幹涉的明暗條紋（wén）信號（hào）， 這些信號被探測器記錄，記錄的數據乘以光束 1/2 波長等於實際測（cè）量位移。
 
     由於激（jī）光束（shù）的（de）波長取決於其所通過的空氣折射率。由於（yú）空氣折射率會隨著溫度、壓力和相對濕度而變化，用來計（jì）算測量值的波長值則需要用環境補償單元加以補償，以保證激光的波長不發生變化。
  

     
  
                          圖（tú） 2 激光幹涉儀測量係統基本原理
 
    1.激光源（yuán） 2.探測器（qì） 3.分光鏡 4.反向反射鏡 5.激（jī）光（guāng）束 6.參考光（guāng）束7.測量光束 8.合成光（guāng）束
 
 
    2 、螺距誤差檢測方法
 
     根（gēn）據螺距誤差補償原理，選用英（yīng）國 Rienshaw 公司（sī）生產的激光幹涉儀係統對一台配備 MITSUBISHIM70V 數控係（xì）統，型號為 HM-PX1502 加工中心的 X軸進行機（jī）床精度檢測。
 
     2.1 安裝（zhuāng）測量係統（tǒng）
 
     測量係統（tǒng）選（xuǎn）用（yòng）的是 Rienshaw 公司 XL-80 激（jī）光（guāng）幹涉儀測量（liàng）裝置， 本裝置包括三腳架、XL-80 激光頭（tóu）、線性測量反射鏡、線性幹涉鏡、補償單元和測試軟件，安（ān）裝結構如圖 3 所示。
 

                圖 3 XL-80 激光幹涉儀安（ān）裝連（lián）接圖
 
    1.電（diàn）源（yuán）裝置 2.三腳架 3.XL 激光頭 4.XC 補償單元 5.光學鏡安裝組件 6.線性幹涉鏡 7.線（xiàn）性（xìng）反射鏡（jìng） 8.移（yí）動方向 9.材料溫度傳感器10.空氣溫度傳（chuán）感器 11.計算機運行激（jī）光校準軟件
 
    安裝測量裝（zhuāng）置步驟（zhòu）：①安裝三腳架，根 據機床的高度調整三腳架高度； ②安裝 XL-80 激光頭，將激光頭水平固定在三角架上（shàng），連接電源裝置，打開XL 激光頭預熱 5 min，使激光穩定；③安裝 XC 補（bǔ）償單元，將材（cái）料溫度傳感器、空氣溫度傳感器與 XC 補償單元連接。 由於激光測量時波長受溫度、氣壓、濕度的影響（xiǎng），所以在檢（jiǎn）測過程中要對材料溫（wēn）度、空（kōng）氣溫度（dù）、氣壓、濕（shī）度進行檢測，以補償激光的波長（zhǎng）；④安裝測量鏡組，根據測量係統的檢測原理，安裝測量鏡組，將線性反射鏡、線性幹（gàn）涉鏡安裝在機床主軸（zhóu）和工作台上，並對準激（jī）光；調整 XL-80 激（jī）光頭、線性幹涉鏡和線性反射鏡（jìng）的位置， 以（yǐ）使光束穿過幹涉（shè）鏡，並（bìng）由反射鏡反（fǎn）射回（huí）來；移動反射鏡，使（shǐ）測量光束（shù）和參考（kǎo）光束在探測器接口位置重疊； 使反射鏡沿（yán） X 軸坐標（biāo）行（háng）程範（fàn）圍內（nèi）移動， 確保兩束光一（yī）直保持重疊。
 
    2.2 編寫程序讓機床在（zài）測量範圍內按固定位置移動由於要測量機（jī）床（chuáng）的實際位置（zhì），根據檢測原理（lǐ）設（shè）定機床程序， 使機床按照指令位置移動。 本機床X軸的行程（chéng）範圍為 2 000 mm， 設定間隔為 25 mm，檢測次數 3 次，檢測程序如下：
  
     
       
  
     2.3 測量係統進行精度檢測
 
   （1）設定機床程 序按照指定 位置（zhì）移（yí）動後，還需設定與機床運行程序相對應數控係統螺距誤差補（bǔ）償參數再進行檢測，設置步驟如下：①修（xiū）改和查 看（kàn）螺距誤（wù）差（chà） 補償參數需 要輸（shū）入係統密碼：mpara；②清（qīng）除（chú） M70V 數（shù）控 係統反向間 隙， 參數 2011（G0 back）=0，G00 的反 向 間（jiān） 隙 補 償（cháng） 值； 參 數 2012（G1 back）=0，G01 的反向間隙補（bǔ）償值；③設（shè）定係統誤差補（bǔ）償方法，參數 4 000（pinc）=1，數控係統的（de）螺距補償方法采用“增量值法”；④補（bǔ）償 基 本 軸，參 數 4001（cmpax）=X，設（shè）定 補償軸的軸名稱；⑤補償軸設定，參數 4002（drcax）=X，設定誤（wù）差補償中的補償（cháng）軸名稱；⑥補（bǔ）償參考點位置編號， 參數 4003 （rdvno）=4181， 設定相當於參考點位置的補（bǔ）償數據編號，實際情況下，不存在以參考點（diǎn）為基準點的對應補償編號，此設定為一個負端編號；⑦補償最負端位置點編號，參數（shù） 4004（mdvno）=4101，設定補償軸最負側的補（bǔ）償編號；⑧補償最正端位置點編號，參數 4005（pdvno）=4182，設定補償（cháng）軸最正側的補（bǔ）償編號；⑨補償倍率，參數 4006（sc）=2，（注意補償倍率為兩倍（bèi））設定補償的（de）比例係（xì）數；⑩補償 間（jiān） 隔，參 數（shù） 4007（spcdy）=25，設定（dìng） 基 本軸的補償間隔。
 

   （2）設定測量軟件測量軟件設定（dìng）與（yǔ） M70V 數控係統螺距誤差補償設定參數、數控係統位置檢測程（chéng）序一（yī）一對應。 運行測試軟件，進行數據采集，采集結果數據如圖 4 所示。
 

    
                          圖 4 第 1 次（cì）測試數據
 
     1.負方向誤差曲線 2.正方向誤差（chà）曲線
 
 
     2.4 精度補償
 
    根據第 1 次（cì）采 集數據（jù）分析 計算機床螺 距誤差補償值，利用測試軟件自動分析（xī）機床 X 軸螺距誤差值，根據係統參數設定類型設定補償參數，自動計（jì）算出係統誤差值， 將產生的反向間隙-0.004 mm 輸入數控（kòng）係統參數 2011（G0 back）=-0.008，2012（G1 back）=-0.008 （注意反向間隙補償值為雙倍補償）；螺距誤差值輸入數控係統螺距（jù）誤差補償表中。
 
     2.5 檢查（chá）結果（guǒ）
 
     將補償數據（jù）輸入 M70V 數控係統後重新運行機（jī）床位（wèi）置精度檢測程（chéng）序，再（zài）次測量（liàng）采（cǎi）集機（jī）床位置誤差數據，如圖 5 所示。
  

     
  
                               圖 5 第 2 次測試數據
   
     1.正方向誤差曲線 2.負方向誤差曲線通過 2 次采集的測試數據，此設備位置精（jīng）度由（yóu）第（dì）1 次的 0.078 245 mm 變為第 2 次的（de） 0.013 986 mm，提高了 0.064 259 mm。 因此利（lì）用 M70V 數控係統螺距誤差補償功能可以提高機床的機械位置精度。
 
 
     3 、結語
 
     利用（yòng）高精度 測量係統可 以檢測數（shù）控 機床實際機械位（wèi）置誤（wù）差並通（tōng）過螺距誤差補償功能（néng）可以提 高機床的位置精度。 本文通過 M70V 數控係統螺距誤差補償功能，利用測量係（xì）統（tǒng）檢測的實際機械位置誤差（chà）進行機（jī）床位置（zhì）精度的補償，提高了機床的機械（xiè）位置（zhì）精（jīng）度。