基于双频激光干涉仪的重型数控机床定位精度测量

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随着大型机械装备市场需求的日益增加，作为加工大型及特大型零部件的加工设备--重型数控机床的关注度也越来越高。除了要求机床本身体积大，纵向进给系统距离长之外，对其定位精度和重复精度也有-定的标准要求。因此，对重型数控机床本身的精度测量是提高精度的基矗常用的机床精度检测方法有金属线纹尺、步距规、和双频激光干涉仪等工具进行测量。 。 本文的研究对象为0系列重型数控车床，其结构特点是尺寸规格大，纵向进给距离可达 20 000 mm，根据国标 GB/T 17421.1-2000的规定，对研究对象定位精度及重复定位精度的测量利用双频激光干涉仪更为合适。故本实验采用近年来应用较多的由英国 Renishaw公司生产的 MLIO双频激光干涉仪进行测量 J。得到研究对象的三个精度常用参数 ：定位精度、单向重复定位精度和双向重复定位精度。为进-步提高精度提供分析数据。

1 测量过程1.1 测量仪器介绍雷尼绍 MLIO双频激光干涉仪雷尼绍是-种检测直线度、垂直度 、俯仰与偏摆、平面度、平行度的高精密测量仪器，其主要参数如下 J：1)线性 ：0.5 ppm；2)测量范围：40 m(ID可选 80 m)；3)线性分辨力：0.001 am；4)偏摆角和俯仰角的精度：0.005 mm/m ；5)最大范围：4 mm/m；6)滚动角精度：1.0角秒；7)直线度精度：0.005 mm/m；8)直线度最大范围：500 uln；9)垂直度精度：0.005 mm/rn。

1.2 测量原理(图 1)当这-束激光到达分光镜时，它被分成反射光束和发射光束。这两束光传播到反射镜后，都被反射到分光镜的同-个位置，分光镜对两个光束进行调制后，直接把光束传送到激光发射器中，从而使这两束光在探测器中产生干涉条纹。根据光的叠加和干涉原理，凡光程差等于波长整数倍的位置 ，振动加强，产生明条纹 ；凡光程差等于半波长奇数倍的位置，振动减弱，产生明暗条纹。

要对线性测量进行设定，使用随附的两个外加螺丝将其 中的-个线性反射镜安装在分光镜上。这个组合装置称为线性干涉镜”，它形成激光光束的参考光路。线性干涉镜放置在 XL激光头和线性反射镜之间的光路上。分光镜机架上标有两个箭头 ，指示其方向。箭头应指向两个反射镜。

基金项目：陕西广播电视大学 2011年度科研项目，编号为SBIl-B01；陕西侍育厅资助项目，编号为 11JK0858作者简介：王胜(1974-)，男，陕西西安人，讲师，博士研究生，主要研究方向：数控机床可靠性。

Mhme Building Automation，Jun 2013， J(2)：83～84 ·83·· 机械制造 · 王胜，等 ·基于双频激光干涉仪的重型数控机床定位精度测量参考光束 △ 线性反射镜1 / / 随刀 向移 、I～ l / 二 ，/ - / n激光发射器 线性干涉镜 线性反射镜2图 1 激光干涉仪线性测量原理图来 自激光头的光束进入线性干涉镜 ，在此光束被分成两束。-束光(称为参考光束)被引向装在分光镜上的反射镜 ，另-束光(测量光束)则穿过分光镜到达线性反射镜 2。然后，两束光都被反射回分光镜，重新汇合后回到激光器，激光器内的探测器辨识两束光之间的干涉。

在测量过程中，-个光学组件保持静止不动，另-个光学组件沿线性轴移动。通过监测测量光束和参考光束之问的光路差异的变化，得到定位精度值。

1.3 测量步骤根据国标GB/T17421.2-2000中的规定，纵向进给传动系统定位精度和重复定位精度测量时，采用阶梯循环运动方式，走刀行程为 800 mm，选择了 l0个 目标位置和测量 5次进行测量，满足了至少选择 5个目标位置及每个方向测量 5次的要求。并且分别在车床纵向方向选取三段进行了测量。

1.4 测量结果及分析图2和图 3分别为纵向 1 000 mm和 7 000 mm位置时测量段内定位精度测量图。

图 2 第-位置时测量段内定位精度测量图从图2可 以看出，第-位 置时测 量段 内定位精 度(离导轨最左端 1 000 mm处 车床纵 向进给时的主要精度为：单向(J)重复定位精度 为 25.541 m，单向( )定 位精 度 A为 31.708 txm，双 向重复定 位精 度为 43.680[zm。

· 84·图3 第二位置时测量段内定位精度测量图从图3可以看出，第二位置时测量段内定位精度(离导轨最左端 7 000 mil处车床纵向进给时的主要精度为：单向( )重复定位精度为 13.895 m，单向( )定位精度为 17.293 Ixm，双向重复定位精度为42.896仙m。

2 结语1)对实验数据分析可以得出：第二段即离导轨最左端 7 000 mm处车床纵向进给时的单向定位精度指标符合国标 GB/T 23569-2009规定，双向重复定位精度不符合要求；第-段即离导轨最左端 l 000 mm处车床纵向进给时的单向定位精度指标基本符合国标 GB/T 23569-2009规定，双向重复定位精度不符合要求。

2)由于现场测试温度及其他干扰因素，引起测试数据变化较大。

3)对于长位移重型数控机床定位精度的测量，探索利用虚拟检测方法很有必要。