五軸加工中心使用激光干涉儀補償精度誤差試驗

1試驗平臺搭建

本文以Y&J五軸加工中心為研究對象開展現場檢定試驗。該機床采用主軸擺動與工作臺回轉的復合結構形式，配置A軸和C軸兩個旋轉軸，C軸回轉范圍為360°，定位精度標稱值為8"，重復定位精度標稱值為4"，數控系統采用FANUC 31i-B5。測量系統采用Renishaw XL-80激光干涉儀及XR20-W無線回轉軸校準裝置，數據采集與分析采用CARTO軟件平臺。試驗環境溫度穩定在(20±1)℃，相對濕度控制在45%～60%范圍內。測量前機床空運行30min以達到熱平衡狀態，將數控系統中旋轉軸的原有補償參數清零，安裝XR20-W校準裝置于C軸工作臺中心位置并找正，啟動激光干涉儀預熱15min后進行光路對準和環境參數設置。

2旋轉軸檢測試驗

本次試驗以C軸為主要檢測對象，開展角度定位誤差檢測。測量方案依據上述方法設計，具體測量參數見表1。

表1 C軸角度定位誤差測量參數

測量行程	測量點數	角度間距	越程量	停留時間	穩定時間	重復次數	進給速度
0～360°	13	30°	5°	2s	0.5s	5	360°/min

測量時首先控制C軸正向運行至-5°位置作為起始越程點，隨后以360°/min的進給速度依次正向運行至各目標位置并采集數據;正向測量完成后，C軸繼續運行至365°作為反向越程點，隨后負向返回依次采集各目標位置數據，上述正負向測量過程重復5次。

3誤差補償實施

根據測量數據，依據前述方法提取補償參數，見表2。

表2 C軸角度定位誤差補償數據

角度位置/(°)	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330	360
補償值/(")	0	3.2	4.6	5.1	3.8	1.5	-1.2	-2.4	-3.8	-4.2	-3.5	-2.1	-

進入FANUC 31i-B5系統的參數設置界面，定位至旋轉軸補償參數組;在螺距誤差補償表中，設置補償軸為C軸，補償起始位置為0°，補償間距為30°，補償點數為13個，依次輸入各位置的補償值。在反向間隙補償參數中，輸入C軸反向間隙值。參數設置完成后進行系統重啟使補償參數生效。

4補償效果驗證

補償參數寫入后，采用與補償前相同的測量方案對C軸進行復測驗證。補償前后C軸角度定位誤差曲線如圖1所示。可明顯看出，補償后誤差曲線的波動幅度減小，正向曲線與負向曲線基本重合，反向間隙得到有效消除。補償后誤差曲線整體圍繞0值小幅波動，殘余誤差主要表現為隨機性的測量噪聲。

[圖1 補償前后C軸角度定位誤差曲線]

補償前后C軸各項精度指標對比見表3。

表3 補償前后C軸精度指標對比

精度指標	雙向定位精度/(")	單向定位精度(正向)/(")	單向定位精度(負向)/(")	雙向重復定位精度/(")	單向重復(正向)/(")	單向重復(負向)/(")
補償前	32.6	28.4	30.2	5.8	4.2	4.8
補償后	6.2	5.8	6	4.1	3.6	3.8
改善幅度/%	80.98	79.58	80.13	29.31	14.29	20.83

通過表3發現，補償后雙向定位精度從32.6"提升至6.2"，精度提升80.98%;雙向重復定位精度從5.8"提升至4.1"，精度提升29.31%。各項指標均優于機床標稱精度，驗證了本文所提檢測與補償方法的有效性。

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