使用激光干涉仪检测数控机床螺距误差的实训

1.实训设备和仪器

（1）VMC650加工中心；

（2）Agilent5529激光干涉仪；

（3）磁性表座。

2.实训内容

（1）组装和架设激光干涉仪，了解其工作原理和检测精度；

（2）多次校准激光干涉仪，熟练掌握校准步骤，提高检测精度；

（3）使用激光干涉仪检测VMC650加工中心进给螺距误差，学会使用专用软件分析实验数据，绘制误差曲线。

3.任务分解及课时安排

任务分解及课时安排见表4-13。

表4-13　任务分解及课时安排表

4.实训过程

（1）激光干涉仪的组装介绍

表4-14给出了Agilent5529激光干涉仪器件明细。

表4-14　Agilent5529激光干涉仪器件明细

（2）激光干扰仪的安装测量

① 三脚架支持器的架设。首先将激光三脚架架设在距机床床身有一定距离且与所测移动方向平行的位置上。通过调节三脚架上下调节旋钮使三脚架的高度大致与工作台平行，然后微调三脚架三只脚的相对长度至三脚架上水平仪中的气泡处在刻度中间位置，即三脚架支持平面水平。扭紧三脚架三脚固定旋钮，将三脚架支撑调整器套入三脚架的支撑器上，进一步调节支撑器上的水平调节旋钮至支持平面上水平仪中的气泡同样处于中间位置（支持平面水平）。注意移动三脚架的位置后都需要重新调平。

② 激光头的安装。将激光头的安装平面平放在支持器的支持平面上，通过其上的固定旋钮将两者固定，然后将激光头背面的左右调节螺栓柱插入支持器左右调节装置中，从而实现通过调节支持器上的左右旋钮可以调节激光束水平方向上的角度的功能。

③ 传感器的安装。将空气传感器放置在机床上的合适位置。按要求，使通气孔垂直向上，使其可以准确地侦测周围环境气流的变化。将材料传感器放置在工作台上。放置位置的选择要注意在机床移动的过程中，材料传感器的导线要有足够的长度，避免在机床移动的过程中，材料传感器的移动造成检测结果不准确和不必要的损失。

④ 校准分析仪和相关组件的连接。将空气传感器、激光头、材料传感器和稳压器的插槽插入与激光校准分析仪相对应的插口中，然后通过USB数据线将校准分析仪和电脑相连。

⑤ 架设镜组。下面以测试Y轴进给方向的螺距误差为例，介绍干涉镜和反射镜的架设步骤。

a.干涉镜架设。首先将Y轴移动到极限位置，选择在极限外架设镜组。将磁性表盘放置在工作台表面上，调整表盘伸出轴架的方位使其垂直向下，然后闭合磁盘旋钮固定表盘。进一步，将干涉镜固定在表盘伸出轴上。

b.反射镜架设。将放射镜放置在与干涉镜光路大致对应的Y轴行程极限范围外，避免相撞。同时注意观察和摆放镜片内的交叉线。

c.镜组相对位置的标定。首先把标靶分别吸附在干涉镜和反射镜上，且标靶的架设方向要根据镜组上的方向指示与镜组的架设方向一致，以方便光路调节。然后开启激光头，并使光束穿透干涉镜。进而微调放射镜的位置，使激光对准标靶。

d.进一步调节镜组、三脚架的位置。将Y轴走远（略大于所测行程）观看比对远处的激光光束，观察光束是否正好打在标靶上，如不是则进一步微调三脚架，直到Y轴走远走近光点都打在标靶上为止。(www.xing528.com)

e.拿掉标靶。首先利用激光正下方的十字线查看光点是否重合。需保证光点重合，放置需要进一步重新调节镜组。然后拿掉标靶，确保激光在中途不会中断或偏移，则架设镜组完成。

（3）运行激光程序软件

打开相对应的测试软件，根据测试的内容选择线性测量，如图4-12所示。然后依次选择要测量的轴、数据采集的起始位置与终点位置、间隔和点数等，如图4-13所示。

图4-12　软件的界面

图4-13　采集数据参数的设定

（4）运行机床采集分析数据

首先，给机床在Y轴方向运行预热5分钟。然后，根据螺距误差测试标准，分别多次运行机床快速移动间隙测试程序和进给移动的测试程序，从而得出指令的位置数据和激光干涉仪实际测量的位置数据，如图4-14所示。再根据软件提供的分析功能进一步可以获取数控机床进给方向上的螺距误差曲线（如图4-15所示），完成螺纹误差测量与分析。

图4-14　激光干涉仪的位置数据采集

图4-15　激光干涉仪误差检测数据的曲线拟合分析

5.实训报告

（1）记录所组装激光干涉仪的各部件名称及安装步骤，并填入实验报告中；

（2）记录激光干涉仪的矫正过程及在矫正过程中所遇到的问题，并填入实验报告；

（3）简述使用激光干涉仪测定机床进给螺距误差的过程；

（4）绘制误差曲线，得出检测结论。

6.实训考核

实训项目考核见表4-15。

项目名称：使用激光干扰仪检测数控机床螺距误差

表4-15　实训项目过程考核评价表

【本章小结】

（1）对于数控机床用户，设备安装调试与验收是必须进行的一项比较细致的工作，在有些情况下，该项工作是否完善，直接影响到数控机床的使用、可靠性以及设备能否发挥其应有作用。

（2）数控机床故障的诊断是维修的前提，也是重点与难点。机床出了故障，能否迅速诊断出故障原因，及时排除故障，关键看故障诊断是否准确，能否抓住问题的实质。能够熟练地找出故障产生的原因，排除故障，还需要理论联系实际，不断地积累知识与经验。