机电一体化本科毕业论文

数控机床精度调整与恢复

摘要

在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶。 技术的飞速发展，极大地提高了劳动生产率； 提高了产品的质量； 减轻了人们的劳动强度，使人们从繁重的劳动中解放出来，去从事更有效的劳动；由于技术的发展的需要，许多生产过程依靠人们的脑力和体力直接操作是难以实现的，还有许多生产过程则因人的生理所限而不能由人工操作。在这种情况下，自动控制更加显示出其巨大的作用，本文以数控机床的自动控制为主，精度补偿为辅，深入浅出的介绍了一些知识，希望能在今后的工作中对大家有所帮助

关键词：机电一体化；自动控制技术；精度补偿

ABSTRACT

In the field of mechanical engineering, because of the rapid development of microelectronics technology and computer technology & the electromechanical integration which formed by permeation of mechanicalindustry , these made the technology structure of mechanical industry、industrial organization、function and composition 、production mode and managementsystem got the great changes, made industrialproduction step into a newdevelopmentstage which is

characterizedby “electromechanicalintegration ” from the stage of “Mechanical electrification ”. The rapid development of technology, improved the labor productivity greatly; improved the quality of the products; reduced the labor intensity of people, made people liberated from the heavy labor and engaged in a more effective work; due to the need of the development of technology, many production processes which relied on people's physical strength mental to operate directly is very difficult, and there are many production processes cannot be operated manually because of the physiology. In this situation, the automatic control shows its important role, this article is centered on automatic control of CNC machine, supplementedby precision compensation, introduces some knowledge, hope it can be help in your future work.

Keywords: electromechanicalintegration ; automatic control technology; precision compensation

摘要 ABSTRACT 第一章绪论

1.1引言

1.2机电一体化概要

第二章典型机电一体化产品的发展趋势

1数控机床

2自动机与自动生产线 3机电一体化技术的发展趋势

第三章机电一体化技术在机械加工企业中应用

1FIDIA 系统在加工中的优势 2什么是FIDIA 高速铣削 3FIDIA 刀具技术 4FIDIA 机床技术 5FIDIA 数控系统性能 6FIDIA 加工工艺

第四章雷尼绍激光干涉仪

1激光干涉仪测量原理 2激光干涉仪的硬件组成 3激光干涉仪的软件组成 4激光干涉仪光路调整 5激光干涉仪生成检测程序

第五章FIDIA 数控机床的精度补偿

1. 数控机床精度检测补偿步骤步骤 2. 选择仪器进行测量

3. 检测螺距误差使用的测量方法 4. 选择补偿方法进行数据分析 5. 实例

结论 参考文献 致谢

第一章 绪论

1.1引言

现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，数控机床是机电一体化的集中体现，其高速化和高精度化再与编程软件相互配合可以完成复杂型面的3D 加工，但是在长期的工作中我们发现当数控机床使用一段时间以后由于各传动部件的磨损（主要是滚珠丝杠上面的滚珠磨损）造成机床精度的下降，进而影响到产品的合格率，所以定期检查回复出厂精度是机床的精度是最终产品是否合格的关键，也是数控机床的重要组成部分，本文以机电一体化所学习的知识为基础，以用雷尼绍激光干涉仪为测量工具对FIDIA 系统数控机床为对象对数控机床的激光检查和补偿，恢复出厂精度胃实例，写出此论文，希望可以在今后的工作中对大家有所帮助。

1.2机电一体化概要

机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。

机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不但发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。

80年代，信息技术崭露头角。微处理机的性能提高，为更高级的机电一体化产品所采用，典型的机电一体化产品如数控机床、工业机器人和汽车的电子控制系统等。微机作为关键技术引入了飞行器系统后，使机械—电子系统在高度控制、排气控制、振动控制和保险气袋等方面获得广泛应用。

信息技术驱使机械系统在不同程度上利用数据库，连洗衣机和其他消费品也用上了数据库驱动系统。这样，对机电一体化的系统设计方法的探索、成型和系统集成以及并行工程设计和控制的实施日显重要。此外，光学也进入了机电一体化，产生了“光机电一体化”的新领域。

进入90年代，通信技术进入了机电一体化，机器可像机器人系统那样遥控和虚拟现实多媒体等技术紧密联系的计算机控制的网络化机电一体化日益普及。有些机电一体化机械可两用，有的在性能上更是多用途的，尤其是微传感器和执行器技术的发展，和半导体技术以光刻为基础的方法以及和传统机电一体化微型化方法的结合，开创了以精密工程和系统集成为特点的机电一体化新分支“微机电一体化”。虽然微加工方法尚未成熟，但将逐渐成为集成控制系统的一个组成部分。之后，机电一体化随着自动化技术的发展而日益发展，稳步进入了21世纪。机电一体化是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化

第二章典型机电一体化产品的发展趋势

1数控机床

目前我国是全世界机床拥有量最多的国家（近320万台），但数控机床只占约5％且大多数是普通数控（发达国家数控机床占10％）。近些年来数控机床为适应加工技术的发展，在以下几个技术领域都有巨大进步。

（1）高速化

由于高速加工技术普及，机床普遍提高了各方面的速度。车床主轴转速有3000～4000r/min提高到8000～10000r/min；铣床和加工中心主轴转速由4000～8000r/min提高到12000～40000r/min以上；快速移动速度由过去的10～20m/min提高到48m/min，60m/mni，80m/min，120m/min；在提高速度的同时要求提高运动部件起动的加速度，由过去一般机床的0.5G （重力加速度）提高到1.5G ～2G ，最高可达15G ；直线电机在机床上开始使用，主轴上大量采用内装式主轴电机。

（2）高精度化

数控机床的定位精度已由一般的0.01～0.02mm 提高到0.008左右；亚微米级机床达到0.0005mm 左右；纳米级机床达到0.005～0.01um ；最小分辨率为1nm （0.000001mm ）的数控系统和机床已问世。

数控中两轴以上插补技术大大提高，纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到1u 的圆度，插补前多程序预读，大大提高了插补质量，并可进行自动拐角处理等。

（3）复合加工，新结构机床大量出现

如5轴5面体复合加工机床，5轴5联动加工各类异形零件。同时派生出各种新颖的机床结构，包括6轴虚拟轴机床，串并联绞链机床等，采用特殊机械结构，数控的特殊运算方式，特殊编程要求。

（4）使用各种高效特殊功能的刀具使数控机床“如虎添翼

如内冷转头由于使高压冷却液直接冷却转头切削刃和排除切屑，在转深孔时大大提高效率。加工刚件切削速度能达1000m/min，加工铝件能达5000m/min。

（5）数控机床的开放性和联网管理

数控机床的开放性和联网管理已是使用数控机床的基本要求，它不仅是提高数控机床开动率、生产率的必要手段，而且是企业合理化、最佳化利用这些制造手段的方法。因此，计算机集成制造、网络制造、异地诊断、虚拟制造、并行工程等等各种新技术都在数控机床基础上发展起来，这必然成为21世纪制造业发展的一个主要潮流。

2. 自动机与自动生产线

在国民经济生产和生活中广泛使用的各种自动机械、自动生产线及各种自动化设备，是当前机电一体化技术应用的又一具体体现。如：2000～80000瓶/h的啤酒自动生产线；18000～120000瓶/h的易拉罐灌装生产线；各种高速香烟生产线；各种印刷包装生产线；邮政信函自动分捡处理生产线；易拉罐自动生产线；FEBOPP 型三层共挤双向拉伸聚丙烯薄膜生产线等等，这些自动机或生产线中广泛应用了现代电子技术与传感技术。如可编程序控制器，变频调速器，人机界面控制装置与光电控制系统等。我国的自动机与生产线产品的水平，比10多年前跃升了一大步，其技术水平已达到或超过发达国家上一世纪80年代后期的水平。使用这些自动机和生产线的企业越来越多，对维护和管理这些设备的相关人员的需求也越来越多。

3. 机电一体化技术的发展趋势

以微电子技术、软件技术、计算机技术及通信技术为核心而引发的数字化、网络化、综合化、个性化信息技术革命，不仅深刻地影响着全球的科技、经济、社会和军事的发展，而且也深刻影响着机电一体化的发展趋势。专家预测，机电一体化技术将向以下几个方向发展：

（1）光机电一体化方向

一般机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等部件组成。引进光学技术，利用光学技术的先天特点，就能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源系统和信息处理系统。

（2）柔性化方向

未来机电一体化产品，控制和执行系统有足够的“冗余度”，有较强的“柔性”，能较好地应付突发事件，被设计成“自律分配系统”。在这系统中，各子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律性”，可根据不同环境条件做出不同反应。其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息，在总的前提下，具有“行动”是可以改变的。这样，既明显地增加了系统的能力（柔性），又不因某一子系统的故障而影响整个系统。

（3）智能化方向

今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高。这主要得益于模糊技术与信息技术（尤其是软件及芯片技术）的发展。

第三章机电一体化技术在机械加工企业中应用

随着科学技术的飞速发展，社会对机械产品的结构、性能、精度、效率和品种的要求越来越高，单件与中小批量产品的比重越来越大（目前已占到以上），传统的通用专用机床和工艺装备已经不能很好地适应高质量、高效率、多样化加工的要求，因而，以微电子技术和计算机技术为基础的数控技术，将机械技术、现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通信技术和成组技术等有机地结合在一起，使机器制造行业的生产方式和机器制造技术发生了深刻的、革命性的变化。当今机床行业的计算机数控化已成为技术进步的大趋势。数控机床是电子信息技术和传统机械加工技术结合的产物，它集现代精密机械、计算机、通讯、液压气动、光电等多学科有效提高了加工质量和效率，实现了柔性自动化（相对于传统技术基础上的大批量生产的刚性自动化），并向智能化、集成化方向发展。所以，可以毫不夸张地说，（计算机）数控技术，是现代先进制造技术的基础和核心。数控机床在机械制造业中得到日益广泛的应用（美国的数控机床已占机床总数的80%以上），是因为它有效地解决了复杂、精密、小批多变的零件加工问题，能满足高质量、高效益和技术的趋势与潮流，也是现代机械制造企业在市场竞争激烈的条件下生存与发展的必然要求。在数控机床发展过程中，值得一提的是数控加工中心的出现。这是一种具有自动换刀装置的数控机床，它能实现一次装夹并进行多工序加工。这种机床在刀库中装有钻头、丝锥、铰刀、镗刀等刀具，通过程序指令自动选择刀具，并利 用机械手将刀具装在主轴上，这样可大大缩短零件装卸时间和换刀时间。数控加工中心现在用机械手将刀具装在主轴上，这样可大大缩短零件装卸时间和换刀时间。数控加工中心现在用机械手将刀具装在主轴上，这样可大大缩短零件装卸时间和换刀时间。数控加工中心现在已已经成为数控机床中一个非常重要的品种，不仅有立式、卧式等镗铣类加工中心用于箱体类零件的加工，还有车削加工中心用于回转体零件加工以及磨削加工中心等。这些高性能、高精度、高自动化的数控机床就组成了完整的数控机床家族随着社会生产和科学技术的进步，数控技术不仅应用于机床的控制，还用于控制其他的设。备，诸如数控线切割机、数控绘图机、数控测量机、数控冲剪机等，仅数控机床就有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控镗床以及数控加工中心等。

起源于意大利的FIDIA 数控系统是基于WINDOWS 平台的操作系统，由于系统属于开放式系统，安装使用及编程操作都非常简单方便，由于有以上优点在我国的军事设备加工企业使用比较广泛。

1.FIDIA 系统在加工中的优势

今天的机械加工行业，竞争日趋激烈，产品更新加快、模具交货期愈短、使用材料更加复杂，这些已成为机械加工中最为显著的特征。高速铣削作为模具制造中最为重要也是最为先进的一项制造技术，集高效、优质、低耗于一身，在机械行业中受到的重视程度不言而喻。国内只有为数不多的机械企业，对高速铣削设备、技术有实际的应用，而部分已使用高速铣削的企业因技术人员没有真正掌握相关技术，造成加工效果不甚理想。而高速铣削的优势到底体现在哪？高速铣削又有哪些特点？高速铣削能给我们带来哪些好处？下面结合FIDIA 高速机床的特点简要介绍一下。

2. 什么是FIDIA 高速铣削

高速铣削不能按照任何特定的速度值来定义，获得很高数值的转速或线速度不是它本身的目标。与之相反，高速铣削描述了使用速度的方法。在高速铣削加工里，速度是一种催化剂。当高速主轴和高进给下的精确定位有机结合时，高速切削开始显现出实用价值。在模具加工里，高速切削让使用小直径刀具和小切深成为现实，所以槽和复杂细节的加工可通过铣削来代替EDM 。此外，高速切削加工获得的光洁表面使得取消手工抛光成为可能。

高速铣削应用要求的不仅是机床的速度，而且还在于使用的工艺。这个工艺与传统切削要求有显著区别，高速铣削涉及到CNC 机床、刀柄刀具、冷却系统及CAM 数控编程等诸多因素。这个工艺甚至涉及到更综合更全面地了解机床在不同速度下的行为特征。下面从刀具技术、机床技术、数控系统性能和加工工艺等几个方面分析高速加工与普通加工的异同。

3.FIDIA 刀具技术

高速加工用的刀具必须与工件材料的化学亲和力小，具有优良的力学性能，化学稳定性和热稳定性，良好的抗冲击和热疲劳特性。普通加工的刀具夹紧技术也不再符合高速加工，FIDIA 机床采用HSK 刀柄。刀柄锥部和端面同时与主轴内锥孔和端面接触双定位，且此类刀柄采用的是内涨式夹紧技术，保障了主轴高速运转的安全性。

4.FIDIA 机床技术

高速加工机床为了适应高速加工时主轴转速高，进给速度快，机床运动部件加速度高等要求，在主轴单元、进给系统、CNC 系统和机械系统等方面比普通数控机床具有更高的要求。FIDIA 高速铣削加工中心具备卓越的系统功能和很好的机械结构，为加工高质量的模具提供了可靠的保证。典型的金字塔式结构，宽的导轨和低的重心，适合线性轴的高速运动。坐标的运动速度可在0.1秒内由0加速到30m/min。FIDIA 高速机床采用FIDIA 传统式的工作台固定不动。这样机床承重比同规格的运动式工作台要大；机床的运动单元的惯量是常数，线性轴电机一直在最佳的工作状态下运行，即不因改变加工模具

的大小而改变电机的特性；还有就是考虑到高速运动的特殊性，在保证机床足够刚性的前提下尽量减少运动惯量，以便最大程度提高坐标固有频率，从而得到更高的闭环增益，使得机床在高速加工中的跟踪误差趋于最小值，最终提高加工的精度和质量。FIDIA 高速加工机床在数控系统、驱动系统、转动摆头及反馈光栅都应用FIDIA 技术。FIDIA 作为最终用户的源供应商，确保了整机的质量和可靠性。

5.FIDIA 数控系统性能

FIDIA 在数控系统及计算、数字化仿形的系统集成技术、复杂型面的铣削加工等方面一直处于市场领先地位。从1974年开始FIDIA 就致力于开发新的CNC 算法以提高铣加工的性能。在过去十几年中，FIDIA 一直在对轴控制技术进行改进以减少加工过程中的轨迹误差。通过这些算法从而减少了加工时的动态误差，同时也提高了加工进给速度和表面加工质量。

Look-ahead （向前看）功能可根据不同条件进行调整：机床类型、加工工件的类型、加工要求（粗加工、半精加工或精加工）。可以通过G 代码来调用不同的动态参数从而优化加工性能。

通过Active Tuning(主动调协) 、Active Damping（有源阻尼）、Jerk Control (阶跃控制) 等功能，能优化和增强高速切削机床加工性能，减少加工时间和提高工件表面加工质量。

这些功能能减小动态轨迹误差，能在高速进给速度的条件下提高加工精度和完美的表面加工质量。

Active Tuning和Active Damping能设置与高速机床特性相匹配的最佳数值并且不会在控制回路中产生失稳。

“阶跃”式的加速度会引起振荡，FIDIA 引入“Jerk Control（跳动控制）”技术提供渐变的坐标加速度。快速平滑的加速能提高加速区域加工质量。

6.FIDIA 加工工艺

和普通加工相比，可以缩短加工时间，提高生产效率和机床利用率，工件热变形小，加工精度高，表面质量好，加工工艺范围广，适合加工薄壁、刚性较差、容易产生热变形

的零件。FIDIA 高速加工机床刀具冷却采用油雾半干式冷却，使用非毒性的植物润滑油，最小润滑油供量。在工件表面形成一层薄薄的油膜，与传统的使用冷却液或气冷的方式相比，可大大提高工件表面质量。

近十年来，FIDIA 在驱动技术和控制系统的长足进步，推动了自身高速加工中心结构的不断创新和性能的不断提高。对提高加工中心的高速度、高动态和高精度起了决定性的作用。在模具加工机床的多种结构创新中，不仅应用回转工作台，而且还应用摆动和回转主轴头，由此构成各种不同类型的五轴加工中心。FIDIA 五轴龙门式高速精密铣削中心为加工大型模具提供了技术支持。

第四章雷尼绍激光干涉仪

1. 激光干涉仪测量原理

ML10 激光器的光束会射入线性干涉镜，再分为两道光束。一道光束（称为参考光束）射向连接分光镜的反射镜，而第二道光束（测量光束）则通过分光镜射入第二个反射镜。这两道光束回再反射回分光镜，重新汇聚之后返回激光头，其中会有一个探测器监控两道光束间的干涉。在线性测量时，其中一个光学元件保持不变，而另一个则沿着线性轴移动。定位测量是通过监控测量及参考光束间光路差异的变化来执行的（请注意，两个光学元件间的差分测量与 ML10 激光器的位置无关）。此种测量可与待测机床的标尺读数比较，获得机床精度的任何误差。

通常，反射镜设置为移动的光学元件，而干涉镜则作为固定的元件，这些元件可以调换，但会缩小测量的最大量程，从 40 m (133 ft) 缩小为 15 m (49 ft)。因此在长轴上，线性干涉镜通常保持固定，而移动其它反射镜以执行测量。在较短的轴上，如果方便，这些角色可以互相交换

2. 激光干涉仪的硬件组成

本次我们使用的仪器为：Renishaw 激光器测量系统

ML10 是一种单频HeNe 激光器，内含对输出激光束稳频的电子线路及对由测量光学镜产生的干涉条纹进行细分和计数处理。其主要作用简单概括为：发射红外线以及返收红外线供特定的软件做分析，记录相关的数据

（1） 三脚架

三脚架及云台可用来安装 ML10 激光器，将 ML10 激光器设置在不同的高度，并充分控制ML10 激光束的准直。对于大多数机床校准设置，建议将 ML10 激光器安装在三脚架和云台上。三脚架、安装云台和 ML10 激光器三合一体，可为 ML10 光束准直提供下列调整： •高度调整 •水平平移调整 •角度偏转偏转调整 •角度俯仰调整

（2） E C10 环境补偿装置

EC10 环境补偿装置可以补偿激光器光束波长在气温、气压、及相对湿度影响之下的变化。 大多数机床会随着温度变化膨胀或收缩，可能导致校准发生误差，为了避免校准误差，线性测量软件纳入一种称为热膨胀补偿或“归一化”的数学修正，应用在线性激光读数上。软件使用膨胀系数将测量加以归一（膨胀系数需手动输入），并使用 EC10 来测量平均机床温度。

修正的目的是要评估在 20 °C (68 °F) 的温度下执行校准时应得的激光器校准结果。可用来输入被校准的机床或对象的热膨胀

系数。通常都会输入机床反馈系统的膨胀系数。例如，11.7ppm/°C (6.50ppm/°F) 是使用钢制滚珠丝杠及园编码器反馈系统的一个典 型数值。

（3） 线性测量镜组

线性测量镜组可用于测量线性定位精度。线性测量镜组组件包括下列要件 分光镜 两个线性反射镜

两个光靶以助于光学准直

注：当您组合一个分光镜和线性反射镜后，便成为一个线性干涉镜。 （4）用于将镜组安装到机床机床上的安装组件

镜组安装组件是用来将 Renishaw 测量镜组安装到CMM 或机床上。本系统的设计可以轻易地交换不同的测量镜组，无需重新准直激光器。 其它组件包括：

三个安装杆（安装杆有 M8 螺丝钉可拧上底板、标准磁基或其它 Renishaw 装置） M8 适配器（可连接标准磁基或 Renishaw 的 CMM 探头） 两个底板

两个安装块和安装螺钉（可将光学元件连接至安装杆）

镜组安装组件不包括任何可将安装的镜组夹上待测机床的元件，要这么做需视不同的机床而异。一种通用的方式是用磁性安装块直接将钢制底板或/和安装杆装上机床。安装组件的安装杆和底板都是磁性不锈钢所制，因此可以用磁性安装块来加以牢固。

3. 激光干涉仪的软件组成

（1） R enishaw Laser10 是配套Renishaw 激光器测量系统的软件

此软件的资源管理器窗口：这里面包括该仪器所有功能的配套软件，其中线性测长是我们本次研究的软件。

（2）线性测量软件

用户通过有关数据采集设置程序，显示目标生成，采集初始化和自动数据采集对话框。倘若您已在会话中定义了目标，就可以选 择创建新目标或者修改既有的目标。 目标

目标设置对话框。倘若您已在会话中定义了目标，您可以选择创建新目标或者修改已有的目标。 编辑

会显示编辑目标数值对话框，容许您更改已定义的目标位置。 保存

会显示另存为对话框，容许您给要保存的目标设置定义一个文件 开始

在您定义目标并设置自动采集后开始数据采集过程。继续在中断后继续数据采集过程。 环境设置

会显示环境设置对话框，容许您手动设定环境参数或选择使用 EC10装置进行自动补偿。 自动采集设置

会显示自动数据采集设置对话框，容许您在其中输入数据采集参数，如最小暂停期间以及过速步长尺寸。

数据

会显示数据编辑对话框，容许您在其中编辑在每一个目标按运行或按目标位置所记录的误差值。

分析启动 Renishaw Laser10 分析软件。

附加功能/将角度转换为直线度是一个 DOS 实用程序，可将角度数据文件转换为直线度 数据文件。

附加功能/转换数据文件是一个 DOS 实用程序，可从采集的数据中去除斜率。它也能够缩放及给所采集的数据添加偏移量。附加功能/将数据文件转换为电子表格一个 DOS 实用程序，可将数据文件从 Renishaw 文件格式转换为 Lotus 123 电子表格。该格式也能用Microsoft Excel 读取。附加功能/环境监控软件一个 DOS 实用程序，可显示材料温度、气温、气压和湿度并以电子数据表格式记录。组件/将数据采集到 Lotus 123 电子数据表文件

选中时，会加载一个软件组件，可用于将激光读数、误差、环境数据等数据以电子数据表文件格式保存。每一次数据采集软件内采集到一个数据点时，便会记录该数据。 通信/设置 RS232

会显示Renishaw 通信对话框，您便能够按机床所配备的控制器类型设置通信参数。 通信/终端

会显示Renishaw 通信终端窗口，您便能够测试及监控通过 RS232 接口的文件传送。 配置

数据文件目录容许您定义保存 Renishaw 数据文件的默认目录。 环境设置

会显示环境设置对话框，容许您定义默认的膨胀系数值以及用来显示环境参数的单位。 测量单位

会显示单位设置对话框，容许您定义单位类型（英制或公制），以及用来显示激光测量值及误差值读数的分辨率。 角度因子仅适用于角度测量模式。

会显示角度因子对话框，容许您在其中输入有关所用角度镜组的详细信息。 工具栏

会显示一个对话框，容许您在其中更改工具栏的外观。您可以添加或删除按钮并更改它们的显示顺序。

设备选择 Renishaw PC10 或 PCM10 配 ML10 PC10/ML10 仿真

GPIB 接口通过串口的Bobe 盒Federal Gauge/RS232容许您选择计算机上所连接或安装的接口类型。 接口地址

会显示端口地址选择对话框，容许您给计算机上所配备的接口卡设定端口地址。 加载配置文件

当开始一个采集会话时，软件会从默认文件CURRENT.RCF 内读取配置。该选项会显示打开对话框，容许您在其中从自己先前创建的文件中选择一个配置。 保存配置文件

该选项会显示另存为对话框，容许您在其中将一个自定义配置保存到与CURRENT.RCF 文件相同的目录。 语言选择

该选项容许您用不同的语言，如中文、德语、英语、法语、意大利语、或西班牙语等等

4. 激光干涉仪光路调整

4.1水平光束调整

沿着运动轴将机床推离激光头，直到您看到光束开始移开光靶。当只有一半的光束仍然击中白点时停止移动机床。请注意光束现在偏离中心多远。 用三脚架台左后方的小旋钮，调整激光头的角度偏转，以使光

束横扫过白色光靶。继续移动光束，直到它位于相反方向离中心的距离相同

现在，用三脚架台左边中间的大旋钮，调整激光头水平平移，使光束返回光靶的水平中心线。

4.2垂直光束调整

请注意激光束在目标上的垂直位置。

使用激光头后方的指形轮组来调整，使光束垂直扫过目标。调整指形轮组，直到光束位于相反方向离目标中心的距离相同的位置

现在，使用三脚架中心主轴上的高度调整轮来将激光头上下移动，直到光束再一次击中目标中心。注：此时，可能有必要进行另外一次较小的水平回转调整，以使激光束返回到该目标的中心。

现在沿着运动轴继续推离机床。当您看到激光头移开目标时再一次停止。重复激光器准直调整，直到您达到轴的末端。

达到轴的末端时，将机床移回激光器，来到轴的起点。

若光束不再位于光靶中心，则水平平移激光器，使光束回到光靶的垂直中心线。 然后，垂直平移激光头，使光束回到光靶的中心。注：此时，可能有必要进行另外一个较小的水平回转调整，以使激光束返回到该光靶的中心。 重复步骤，直到光束在整个运动轴范围内都能保持在光靶的中心。

提示：若光线已经与待校准轴平行，只需将激光头水平平移用于击准光靶的中心，那么我们可以使用手轮微调镜子的位子来实现；若是垂直平移，我们可以手动调整镜子的高度来实现。（不过这个调整必须很小心，若光束回到光靶中心则马上固定） 5. 激光干涉仪生成检测程序

激光干涉仪在检测的时候时按照我们在第一步设定的目标点运动的，即从0 到450MM 每30MM 为一个点，因此机床在运动的时候必须和软件设置的一致，所以我们必须生成检测程序。

程序的生成方法图下：

选择定义工具栏下的零件程序下的产生按键

在弹出的窗口中输入文件名，并且选择程的序存放路径按保存 需要我们选择的为：数控系统的型号。

我们针对我们当前检测机床的数控系统型号作正确的选择，接着弹，这个窗口要求我们填写与程序相关的数据，我们如下所示填写： 程序号：0001 轴名为：Z 运行次数为：1 选择方向为：双向

暂停周期为：4 秒 越程为：4.0000 毫米 零件程序类型：线性

进给量：1500 ；轴方式为：普通 名词解释： 程序号 该程序的序号 轴名

待校准轴的名称这里记住是大写运行次数：我们希望该程序运行多少次 选择方向

在轴上行走的方向时一来一回的间隔点还是只去这样走回时不走暂停周期：等待软件记录数据的时间，这里要根据电脑的性能作调整 越程

这里是为了消除方向间隙而设置的，一般选择默认，也可以自行设置 零件程序类型

选择运行的方式，因为我们是走直线的所以我们选择线性 进给量 机床运动的速度

到这里的时候我们已经完成了程序的生成，我们使用文本格式打开文件可以看到程序如下：

:G01 G90 F1500 G01 Z004.000

G04 F1. G01 Z000.000 G04 F4. G01 Z-030.000 G04 F4. G01 Z-60.000 G04 F4. G01 Z-90.000 G04 F4. G01 Z-95 G04 F1. G01 Z-090.000 G04 F4. G01 Z-060.000 G04 F4. G01 Z-030.000 G04 F4. G01 Z000.000 G04 F4. M30

6. 激光干涉仪分析测得的数据

程序会自动检测和记录数据，检测完毕后我们的任务是分析数据，下图是我们检测Z 轴得到的数据图：

打开一个文件进行分析。 打印出选中的分析图。

复制一个选中的分析图或数据表页，将它粘贴入另一个文件，如在 Microsoft Word 内创建的文本报告。

绘制图按钮用分析菜单选中的类型显示一个分析图副件。若按下单一/多重绘制图按钮，您可以显示一个以上的分析图副本，如您可以同时显示一个标准 ISO 230-2 1997 分析图以及一个 ISO 230-2 1997 三联体绘制图。

按下时，会激活鼠标的“抓取最靠近的目标”光标功能。 让您设定 X 和Z 轴的显示单位类型。 让您设定 X 轴和Z 轴的刻度值。

这些都是缩放按钮，可用来设定显示选中绘制图的放大倍数。会显示一个帮助窗口，其中包含本 Renishaw Laser10 校准系统用户手册的信息库。 退出分析软。

数据分析软件位于Renishaw Laser10 文件夹中 我们分析速据的时候在软件中的操作如下：

先打开保存好的数据文件，之后选择菜单栏上的数据分析如下图所示：

之后我们选择速据分析栏下的误差补偿图标，如上图所示，接着会弹出一个窗口如下图

名词解释

图表型选择：各点的补偿值以什么形式出现

补偿类型选择：这个是根据数控系统自身的情况定的 补偿分辨率：最小数值显示到多少位

正负符号转换：选择显示的为补差值还是误差值 参考点位置：我们作为参考点的位置离开始点多远 补偿起点：从什么地方开始补偿 补偿终点：补偿的终止点

补偿间隔：这个和我们的移动间隔是一致的 我们这里将这里的数据设置为： 图表型选择：各自补偿 补偿类型选择：绝对补偿 补偿分辨率：1 正负符号转换：误差值 参考点位置：0 补偿起点：0 补偿终点：-450 补偿间隔：30

第五章 FIDIA数控机床的精度补偿

数控机床的定位精度主要取决于高精度的滚珠丝杠。但丝杠总有一定螺距误差，因此在加工过程中会造成零件的外形轮廓偏差。

螺距误差是指由螺距累积误差引起的常值系统性定位误差。检测螺距误差之后将检测得到的数据进行分析，最后将分析得到的数据存放到数控系统中。这样做的目的在于减少加工过程中造成零件的外形轮廓偏差，——提高机床的精度。

螺距误差补偿的基本原理就是将数控机床某轴上的指令位置与高精度位置测量系统所测得的实际位置相比较，计算出在数控加工全行程上的误差分布曲线，再将误差以表格的形式输入数控系统中。这样数控系统在控制该轴的运动时，会自动考虑到误差值，并加以补偿。采用螺距误差补偿功能应注意：螺距误差补偿功能的实现方法又有增量型和绝对型之分。所谓补偿就是指通过特定方法对机床的控制参数进行调整，其参数调整方法也依各数控系统不同而各有差异。

1. 数控机床精度检测补偿步骤步骤

安装高精度位移检测装置。

编制简单的程序，在整个行程中顺序定位于一些位置点上。所选点的数目及距离则受数控系统的限制。

记录运动到这些点的实际精确位置。

将各点处的误差标出，形成不同指令位置处的误差表。

多次测量，取平均值。

将该表输入数控系统，数控系统将按此表进行补偿。

检测补正效果

2. 选择仪器进行测量

我们选择的仪器为：Renishaw 激光器测量系统，此仪器检测的范围包括：

(1)线性测量

(2) 角度测量

(3) 平面度测量

(4) 直线度测量

(5) 垂直度测量

(6) 平行度测量

3. 检测螺距误差使用的测量方法

线性测量正符合我们检测螺距误差的要求。因此，我们此次使用的

检测方法——线性测量.

线性测量

是激光器最常见的一种测量。激光器系统会比较轴位置数显上的读数位置与激光器系统测量的实际位置，以测量线性定位精度及重复性。线性测量的光学设置要设置线性测量，将一个线性反射镜连接到具有两个紧螺纹的分光镜上。这个组合要件被称为“线性干涉镜”，可以作为激光束的参考路径。线性干涉镜位于 ML10 激光器和线性反射镜之间的光束路径，如分光镜管上标有两个箭头以显示其方位。箭头应指向两个反射镜. 激光由发生器产生后经过线性反射镜折返被激光干涉仪接收原件所接收经过仪器分析后产生数值并显示出来。

4. 选择补偿方法进行数据分析

（1）增量型误差

增量型误差是指：以被补偿轴上相邻两个补偿点间的误差差值为依据来进行补偿

（2）绝对型误差

绝对型是误差是指：以被补偿轴上各个补偿点的绝对误差值为依据来进行补偿 检测机床的螺距误差。因此我们主要的任务在于：

我们在检测螺距误差时，必须先将反向间隙测出来，等补上反向误差后再检测螺距误差，这样才能准确却的检测螺误差。

注意：方向间隙在检测的时候我们只双向检测一次，但螺距误差我们一般是双向检测3—5 次

取平均值。

我们在补正螺距误差或者是反向间隙后，一般做两次验证，看是否还存在误差，若在5 个微米的范围内微正常数据。

5. 实例

以本公司FIDIA 系统的MECOF 龙门铣床X 轴补偿程序为例

当激光干涉仪调试完成后

（1）用机床执行本程序

G01 G90 F1000

G01 X-4.0

G04 H1

G01 X0.0

G04 H3

G01 X100.0

G04 H3

G01 X105

G04 H1

G01 X100.0

G04 H3

G01 X0.0

G04 H3

M99

（2）执行程序后根据激光测距仪生成的误差补偿文件进行补偿

（3）再次用机床执行本程序

（4）补偿前一定注意先清除以前的补偿文件

结论

从数据中得知机床反向间隙在没有补偿之前的数据为26 个微米，补偿后为0 个微米

螺距离误差在补偿之前的误差范围在5～-20 之间，补偿后在3～-8 之间。精度得到了大大的提升，因此激光干涉仪在提高机床精度方面的功能是无可厚非的。

由于不同类型的数控系统都有自己独特的地方，所以我在调试之前必须对该系统的螺距误差的相关参数做一番研究和了解，这样才能顺利的完成。本文仅以FIDIA 系统为蓝本分析了数控机床精度补偿的过程，希望同学们在学习知识的同时能够锻炼数控技术实践操作能力，以便能够在以后的工作学习中尽快地掌握数控机床技术，更快更好地适应机械行业发展的需要。由于我的能力有限，不足之处请各位老师多加指正。

综上所述，机电一体化的出现不是孤立的，从本文中可以发现它是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。当然，与机电一体化相关的技术还有很多，本文中论述的数控机床精度补偿恢复只是一个实例，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。

但是随着科学技术的进步，对人才的要求会越来越高，例如数控机床只是机电一体化的一个分支，但是它又要求我们对机械、液压、PLC 、编程、传感器、计算机、网络等技术都有一定的了解。这就要求我们要不断的学习知识不断地充实自己，只有自己不断地进步才能不被社会所淘汰。

参考文献

激光干涉仪说明书北京[email protected]

激光干涉仪参考手册北京Renishaw [email protected]

飞阳i5 系统安装与维护手册沈阳机床股份有限公司

F0系统安装与维护手册

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菲迪亚M 级菲迪亚C 级用户及编程手册

FIDIA S.p.A. San Mauro Torinese意大利第三版2007年1月

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黄惟一，胡生清. 控制技术与系统（第二版）. 北京：机械工业出版社

吕强，孙锐，李学生. 机电一体化原理及应用. 北京：国防工业出版社

致谢

在论文完成之际，我的心情万分激动。从论文的选题、资料的收集到论文的撰写编排整个过程中，我得到了许多的热情帮助。本课题在选题及研究过程中得到牛老师的悉心指

导。牛老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。牛老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时数月，却给以终生受益无穷之道。对牛老师的感激之情是无法用言语表达的。

首先要感谢我的导师牛玉成老师以及学校、学院的各级领导。是牛玉成将我领入了数控机床精度恢复的大门，并对我的研究提出了很多宝贵的意见，使我的研究工作有了目标和方向；同时，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。而院、校各级领导也在我设计的进行过程中给予了诸多关注，让我时刻充满动力。

时光匆匆如流水，转眼便是电大学毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。离校日期已日趋临近，毕业论文的的完成也随之进入了尾声。从开始进入课题到论文的顺利完成，一直都离不开老师、同学、父母及朋友给我热情的帮助，在这里请再次接受我诚挚的谢意！