全球化的競(jìng)爭(zhēng)和品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),要求機(jī)床具有更高的定位精度、更小的公差及更高的進(jìn)給率。為達(dá)到這些要求并加工出高品質(zhì)高精度的零件,必須得測(cè)量機(jī)床的三維體積定位精度。
20年前,機(jī)床的最大定位誤差為絲桿的螺距誤差及絲桿的熱膨脹誤差。而今,上述的大部分誤差已被大幅降低,機(jī)床的主要誤差轉(zhuǎn)為垂直度誤差和直線度誤差。為了達(dá)到高的機(jī)床三維空間定位精度,機(jī)床上所有的3個(gè)位移誤差、6個(gè)直線度誤差和3個(gè)垂直度誤差都必須得測(cè)量與補(bǔ)償。如果依賴傳統(tǒng)的激光干涉儀來測(cè)量的話,將是相當(dāng)困難且費(fèi)時(shí)費(fèi)錢,往往需數(shù)日停機(jī)且只有經(jīng)驗(yàn)豐富的行家才能完成測(cè)量工作。
美國光動(dòng)公司(Optodyne, Inc.)專為機(jī)床三維體積定位誤差測(cè)量開發(fā)了一種革命性的激光矢量測(cè)量技術(shù)(已獲得美國專利)——它僅需數(shù)小時(shí)便可完成測(cè)量工作,而采用傳統(tǒng)激光干涉儀的話將耗用幾天時(shí)間。這使得三維體積定位誤差測(cè)量和補(bǔ)償變得實(shí)用的同時(shí),還可兼顧更高的精度和更小的公差。
意大利的一家公司JOBS S.P.A.是光動(dòng)公司的用戶之一,主要生產(chǎn)制造三軸和五軸高速線性馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床。兩年前JOBS購入光動(dòng)公司的激光多普勒干涉儀(LDDM)以取代傳統(tǒng)的激光校準(zhǔn)設(shè)備。結(jié)合三維體積定位誤差測(cè)量技術(shù),或者結(jié)合分步對(duì)角線測(cè)量技術(shù)(也由光動(dòng)公司發(fā)明),LDDM使JOBS很容易地做到精確的測(cè)量,并能在生產(chǎn)運(yùn)作發(fā)生危機(jī)前就察覺到相關(guān)問題。使得JOBS公司很清楚地了解機(jī)床的誤差,以及時(shí)地校準(zhǔn)這些誤差,因而以更有競(jìng)爭(zhēng)性的價(jià)格交付給用戶。
借助三維體積激光校準(zhǔn)設(shè)備,分步對(duì)角線測(cè)量方法使用4條相同的對(duì)角線設(shè)置采集了12組資料?;诖速Y料,所有三個(gè)位移誤差、六個(gè)直線度誤差和三個(gè)垂直度誤差都能確定。測(cè)得的定位誤差可用來產(chǎn)生三維體積補(bǔ)償表,此表進(jìn)而能夠被上載到Siemens 840D控制器以校準(zhǔn)定位誤差,從而提高了定位精度。
據(jù)JOBS公司實(shí)際使用,采用光動(dòng)的干涉儀以及分步對(duì)角線測(cè)量方法,只須很少的幾次測(cè)量便能得到足夠多的資料,非常清楚地顯示出機(jī)床的狀態(tài)。JOBS讓一些常見問題迎刃而解,諸如裝配誤差、溫度變化引起的誤差以及結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的問題等,并沒有增加裝配時(shí)間。而且,用于三維體積校準(zhǔn)的分步對(duì)角線測(cè)量最多需要7次測(cè)量,從這7次測(cè)量中可了解到大部分誤差的類型及大小。
JOBS公司使用的光動(dòng)公司的LDDM技術(shù),采用了單光束的MCV-500及雙光束的MCV-2002從一可移動(dòng)的靶標(biāo)上反射回調(diào)制過的激光光束,帶有位置信息的光束被探測(cè)到并經(jīng)過處理用來產(chǎn)生查找表,因而能使控制器補(bǔ)償誤差。
由于返回光束沒有像傳統(tǒng)的激光干涉儀那樣對(duì)偏移有要求,因此設(shè)置起來非???mdash;僅需調(diào)整兩個(gè)組件:一個(gè)單孔的發(fā)射和接受激光束的激光頭,一個(gè)作為靶標(biāo)的平面鏡。實(shí)踐證明,單光束的MCV-500利用分步對(duì)角線測(cè)量,只要中斷很少裝配時(shí)間便能得到三維體積定位誤差,因此大幅降低了成本。
沿激光束方向的分步對(duì)角線位移測(cè)量及主軸或平面鏡的分步移動(dòng)示意圖
激光和平面鏡安置在主軸和工作臺(tái)上,沿每一軸X軸、Y軸、Z軸分別及分步交替移動(dòng),如此重復(fù)直到走到對(duì)角線的對(duì)角上。所有三個(gè)軸每一步移動(dòng)后對(duì)角線的定位誤差就被采集到。這項(xiàng)技術(shù)采集了三倍的資料量,并可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每一軸移動(dòng)時(shí)位移誤差的測(cè)量。見圖5。
靶標(biāo)移動(dòng)的軌跡并不是直線,側(cè)向移動(dòng)是較大的。而傳統(tǒng)的干涉儀不允許這么大的側(cè)向移動(dòng),因而測(cè)不到資料。而LDDM激光干涉儀使用一平面鏡作靶標(biāo),平行于鏡子的移動(dòng)不會(huì)轉(zhuǎn)移激光束,也不會(huì)改變從光源來的距離。因此,測(cè)量不會(huì)受到影響。最多可以有四個(gè)工作位置的溫度傳感器連接到自動(dòng)溫度補(bǔ)償單元。自動(dòng)溫度補(bǔ)償也對(duì)諸如環(huán)境因素,如空氣溫度、大氣壓力以及機(jī)床溫度的變化提供補(bǔ)償。
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