摘要：用激光干涉法測量誤差的原理，通過計算機(jī)控制的誤差補(bǔ)償系統(tǒng)對數(shù)控機(jī)床的定位誤差進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)驗結(jié)果表明這種方法可以大幅度提高數(shù)控機(jī)床的定位精度。 關(guān)鍵詞：激光干涉；數(shù)控機(jī)床；定位誤差；誤差補(bǔ)償 1 前言 隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床和加工中心作為新一代的工作母機(jī)，在機(jī)械制造中已得到廣泛的應(yīng)用，精密加工技術(shù)的迅速發(fā)展和零件加工精度的不斷提高，對數(shù)控機(jī)床的精度提出了更高的要求，定位誤差是影響數(shù)控機(jī)床加工精度、產(chǎn)生加工誤差的主要因素。因此，對數(shù)控機(jī)床的定位精度進(jìn)行檢測和補(bǔ)償是保證加工質(zhì)量的有效途徑。本文就是基于上述思想，利用激光干涉測量原理，通過誤差補(bǔ)償系統(tǒng)對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行檢測和補(bǔ)償，使其定位精度得到顯著提高。 2 激光干涉測量原理 激光干涉測量原理如圖1所示。 圖1 激光干涉測量原理圖 1 激光器；2 λ/4片；3 分光器；4 檢偏器；5 接收器；6 偏振分光器；7，8 反射鏡；9 棱鏡將Ｈｅ-Ｎｅ激光器1置于永久磁場中，由于塞曼效應(yīng)使激光原子譜線分裂為旋轉(zhuǎn)方向相反的左右圓偏振光。設(shè)兩束光振幅相同，頻率分別為ｆ1和ｆ2(ｆ1和ｆ2相差很小)。左右圓偏振光經(jīng)λ/4片2后變成振動方向相互垂直的線偏振光。分光器3將一部分光束反射，經(jīng)檢偏器4形成ｆ1、ｆ2拍頻信號，由接收器5接收為參考信號；另一部分光束通過分光器3進(jìn)入偏振分光器6，其中平行于分光面的頻率為ｆ2的線偏振光完全通過分光器6到達(dá)可動反射鏡8，可動反射鏡8以速度ｖ移動時，由于多普勒效應(yīng)產(chǎn)生差頻Δｆ，這時ｆ2變成(ｆ′=ｆ2+Δｆ)；而垂直于分光面的頻率為ｆ1的線偏振光完全發(fā)射到固定反射鏡7。從反射鏡7和8發(fā)射回來的兩束光到偏振分光器6的分光面會合，再經(jīng)轉(zhuǎn)向棱鏡9、偏振器10，由接收器11接收為測量信號，測量信號與參考信號的差值即為多普勒頻率差Δｆ。計數(shù)器在時間ｔ內(nèi)計取頻率為Δｆ的脈沖數(shù)Ｎ相當(dāng)于在ｔ區(qū)間內(nèi)對ｆ積分，即：故測量距離ｌ為 ｌ=(λ/2)Ｎ 式中 Ｎ--累計脈沖數(shù) λ--激光波長 ｃ--光速 因此，當(dāng)移動可動反射鏡8時，可通過累計脈沖數(shù)得到測量距離。當(dāng)把測量距離與數(shù)控機(jī)床上的光柵尺讀數(shù)相減時，即可得到數(shù)控機(jī)床的定位誤差[1]。 3 數(shù)控機(jī)床定位誤差補(bǔ)償系統(tǒng) 數(shù)控機(jī)床定位誤差補(bǔ)償系統(tǒng)如圖2所示。該系統(tǒng)由六部分組成：數(shù)控機(jī)床、雙頻激光干涉儀、誤差測量接口、誤差補(bǔ)償接口、計算機(jī)和打印機(jī)等。圖2中，數(shù)控機(jī)床是誤差補(bǔ)償對象，雙頻激光干涉儀用于測量誤差，計算機(jī)是系統(tǒng)的核心，在補(bǔ)償軟件的管理下，通過測量接口可用雙頻激光干涉儀自動測量數(shù)控機(jī)床的定位誤差，由誤差補(bǔ)償接口對數(shù)控機(jī)床的定位誤差進(jìn)行補(bǔ)償，誤差數(shù)據(jù)可通過打印機(jī)輸出。 圖2 數(shù)控機(jī)床定位誤差補(bǔ)償系統(tǒng)當(dāng)機(jī)床低速運(yùn)動時，計算機(jī)通過誤差測量接口按一定的位移間距對雙頻激光干涉儀測出的誤差數(shù)據(jù)采樣處理，并發(fā)出相應(yīng)的補(bǔ)償信號；通過誤差補(bǔ)償接口將誤差傳給數(shù)控機(jī)床的ＣＮＣ系統(tǒng)，由數(shù)控機(jī)床完成相應(yīng)的補(bǔ)償。這樣每到一個補(bǔ)償點(diǎn)，計算機(jī)便發(fā)出一次補(bǔ)償信號，由數(shù)控機(jī)床進(jìn)行一次補(bǔ)償，直到行程終點(diǎn)。 但是，上述逐點(diǎn)誤差補(bǔ)償一般只適用于低速運(yùn)動的情況，當(dāng)機(jī)床處于高速運(yùn)動時，由于系統(tǒng)響應(yīng)速度跟不上機(jī)床的運(yùn)動，使誤差補(bǔ)償系統(tǒng)不穩(wěn)定以致于不能正常工作。根據(jù)機(jī)床高速運(yùn)動時一般不進(jìn)行加工這一特點(diǎn)，可按如下方法來設(shè)計高速補(bǔ)償軟件。當(dāng)機(jī)床從低速變?yōu)楦咚龠\(yùn)動時，通過軟件補(bǔ)償系統(tǒng)脫離補(bǔ)償狀態(tài)，即在高速運(yùn)動期間不進(jìn)行誤差補(bǔ)償；機(jī)床回到低速運(yùn)動時，計算機(jī)算出高速運(yùn)動期間機(jī)床移過的位移而不進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，待系統(tǒng)恢復(fù)低速運(yùn)動時再進(jìn)行逐點(diǎn)補(bǔ)償[2]。 為進(jìn)一步提高補(bǔ)償精度，在確立補(bǔ)償點(diǎn)時可對補(bǔ)償點(diǎn)間距進(jìn)行細(xì)分，細(xì)分可由硬件電路實(shí)現(xiàn)。 圖3 數(shù)控機(jī)床定位誤差補(bǔ)償曲線4 實(shí)例 對一臺型號為ＹＣＭ-ＶＭＣ-65Ａ的加工中心的的Ｘ軸定位誤差進(jìn)行檢測，補(bǔ)償前后誤差曲線如圖3所示。補(bǔ)償前其Ｘ軸定位誤差曲線為Ａ，最大誤差為57 6μｍ，經(jīng)過補(bǔ)償后，其Ｘ軸定位誤差曲線為Ｂ，最大誤差僅為6 6μｍ。 5 結(jié)束語 用激光干涉原理來檢測和補(bǔ)償數(shù)控機(jī)床的定位誤差是一種較為實(shí)用的方法，可以顯著地提高數(shù)控機(jī)床的定位精度，使其工作于最佳精度狀態(tài)，從而確保數(shù)控機(jī)床的加工質(zhì)量。 [參考文獻(xiàn)] [1]茅振華等 數(shù)控機(jī)床精度的激光干涉法測試與補(bǔ)償 機(jī)電工程，1999(4)：48～49 [2]劉紀(jì)茍等 機(jī)床定位誤差微處理機(jī)補(bǔ)償?shù)难芯?中國儀器儀表學(xué)會精密機(jī)械學(xué)會1985年學(xué)術(shù)討論會，1985(12) 作者簡介： 鐘偉弘(1967-)，女，山東平渡人，天津理工學(xué)院講師，碩士。