何為數(shù)控機(jī)床位置精度，就是指一臺(tái)機(jī)床的刀尖所能夠達(dá)到控制系統(tǒng)程序設(shè)定的目標(biāo)位置的能力，也是用戶最為關(guān)注的技術(shù)指標(biāo)及所能夠滿足加工精度的需求。

1. 激光干涉儀測(cè)量原理

　　激光器發(fā)射單一頻率光束射入線性干涉鏡，然后分成兩道光束，一道光束( 參考光束) 射向連接分光鏡的反射鏡，而第二道透射光束( 測(cè)量光束)則通過分光鏡射入第二個(gè)反射鏡，這兩道光束再反射回到分光鏡，重新匯聚之后返回激光器，其中會(huì)有一個(gè)探測(cè)器監(jiān)控兩道光束之間的干涉( 見圖1) 。

　　若光程差沒有變化時(shí)，探測(cè)器會(huì)在相長(zhǎng)性和相消性干涉的兩極之間找到穩(wěn)定的信號(hào)。若光程差有變化時(shí)，探測(cè)器會(huì)在每一次光程變化時(shí)，在相長(zhǎng)性和相消性干涉的兩極之間找到變化信號(hào)，這些變化會(huì)被計(jì)算并用來測(cè)量?jī)蓚€(gè)光程之間的差異變化。

2. 激光干涉儀的用途

　　激光干涉儀是一種以波長(zhǎng)作為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)被測(cè)長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量的儀器。激光干涉儀是20 世紀(jì)60 年代末期問世的一種新型的測(cè)量設(shè)備，由美國(guó)HP 公司研制成功并于1970 年投入市場(chǎng)，隨即受到了相關(guān)行業(yè)特別是機(jī)床制造業(yè)的重視，其主要在: 線形、角度、垂直度、直線度、平面度等方面上應(yīng)用。隨著激光干涉儀測(cè)量技術(shù)的不斷提高，測(cè)量軟件的不斷開發(fā)其測(cè)量范圍越來越廣泛，特別是在測(cè)量數(shù)控機(jī)床位置精度方面用途最為廣泛。

3. 激光干涉儀測(cè)量數(shù)控機(jī)床位置精度

　　(1) 測(cè)量環(huán)境激光干涉儀檢測(cè)數(shù)控機(jī)床位置精度的最為理想測(cè)量環(huán)境是在20℃ ± 2℃ 條件下進(jìn)行。由于測(cè)量數(shù)控機(jī)床位置精度過程中工作現(xiàn)場(chǎng)很難控制在標(biāo)準(zhǔn)恒溫條件下進(jìn)行，因此必須充分考慮測(cè)量環(huán)境的變化所引起的測(cè)量誤差。好在激光干涉儀本身具備自動(dòng)補(bǔ)償功能，它可根據(jù)測(cè)量環(huán)境的空氣溫度、相對(duì)濕度、空氣壓力和3 個(gè)材料溫度傳感器的變化情況對(duì)激光光束波長(zhǎng)進(jìn)行自動(dòng)修正補(bǔ)償。但是在激光測(cè)量采集數(shù)據(jù)過程中避免突發(fā)冷熱氣流的產(chǎn)生，特別指出的是數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)滾珠絲杠和光柵尺等所產(chǎn)生的綜合熱效應(yīng)是影響數(shù)控機(jī)床位置精度的主要誤差來源?！　?2) 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)GB17421. 2—2000 評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)《機(jī)床檢驗(yàn)通則第二部分: 數(shù)控軸線的定位精度及重復(fù)定位精度的確定》進(jìn)行評(píng)定。通常數(shù)控機(jī)床位置精度包括: P 為定位精度; Ps為重復(fù)定位精度; Pa為位置偏差; U 為反向偏差。這些評(píng)定關(guān)鍵項(xiàng)目，往往是用戶最為關(guān)注，并且由此來評(píng)定機(jī)床精度的重要依據(jù)。

　　(3) 測(cè)量準(zhǔn)備工作在激光干涉儀測(cè)量機(jī)床前必須保證被測(cè)機(jī)床的幾何精度合格。主要包括: 確保激光干涉儀校準(zhǔn)系統(tǒng)完好、有效、準(zhǔn)確、可靠，確保機(jī)床整機(jī)幾何精度檢驗(yàn)合格，確保被測(cè)機(jī)床具備檢測(cè)條件，確保機(jī)床控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置正確，確保機(jī)床滑動(dòng)部位運(yùn)動(dòng)自如，確保測(cè)量過程中工作環(huán)境溫度的恒定。

4. 測(cè)量方法

　　(1) 安裝調(diào)試激光干涉儀的線性折射鏡和線性反射鏡的安裝盡量選擇機(jī)床測(cè)量軸線位置( 刀具實(shí)際工作范圍內(nèi)) ，可以減少產(chǎn)生阿貝誤差( 見圖2) 。線性折射鏡一般安裝在機(jī)床固定位置上( 機(jī)床主軸位置) ，線性反射鏡一般安裝在機(jī)床可動(dòng)位置上 ( 機(jī)床回轉(zhuǎn)刀架位置) 。特別指出的是線性折射鏡與激光頭安裝位置盡量靠近，因?yàn)樗鼈冎g是盲區(qū)，激光干涉儀自動(dòng)補(bǔ)償功能無法進(jìn)行，將會(huì)產(chǎn)生死程誤差。在調(diào)試線性折射鏡和線性反射鏡的光路時(shí)盡量使激光頭放射的兩束平行光的光路相互一致。但是我們?cè)趯?shí)際調(diào)試光路時(shí)由于操作水平及安裝環(huán)境條件限制，可能產(chǎn)生光路的偏移，同時(shí)也就產(chǎn)生余弦誤差。不過我們?cè)趯?shí)際測(cè)量中做過試驗(yàn)返回到激光頭光路的偏移量在0. 5mm 范圍內(nèi)，將不會(huì)影響機(jī)床測(cè)量精度。如果光路偏移量過大，光路信號(hào)不在測(cè)量區(qū)域范圍內(nèi)，也就無法測(cè)量了。

　　(2) 確定測(cè)量目標(biāo)位置根據(jù)GB17421 評(píng)定標(biāo)

　　準(zhǔn)中規(guī)定，機(jī)床規(guī)格小1 000mm 取不少于10 個(gè)測(cè)量目標(biāo)位置，大于1 000mm 測(cè)量目標(biāo)位置點(diǎn)數(shù)適當(dāng)增加，一般目標(biāo)值取整數(shù)，但是我們建議在目標(biāo)值整數(shù)后面加上三位小數(shù)。主要考慮機(jī)床滾珠絲杠的導(dǎo)程及編碼器的節(jié)距所產(chǎn)生的周期誤差，同時(shí)也考慮機(jī)床全程上各目標(biāo)位置上得到充分地采集。

　　(3) 確定采集移動(dòng)方式采集數(shù)據(jù)方式有兩種:一種是線性循環(huán)采集方法，另一種是線性多階梯循環(huán)方法。GB17421 評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)中采用線性循環(huán)采集方法。測(cè)量移動(dòng)方式: 采用沿著機(jī)床軸線快速移動(dòng)，分別對(duì)每個(gè)目標(biāo)位置從正負(fù)兩個(gè)方向上重復(fù)移動(dòng)五次測(cè)量出每個(gè)目標(biāo)位置偏差，即運(yùn)動(dòng)部件達(dá)到實(shí)際位置減去目標(biāo)位置之差。

5. 結(jié)語

　　測(cè)量數(shù)控機(jī)床位置精度的方法很多，但最重要的是看合同書上標(biāo)注的所采用的那種評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。各國(guó)家有各自不同的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)量方法，好在我們有一個(gè)可以共同遵守的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO230—2: 1997。目前我國(guó)采用的GB/T17421. 2—2000 標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)ISO230—2: 1997 標(biāo)準(zhǔn)修訂演變過來的，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在數(shù)據(jù)分析數(shù)理統(tǒng)計(jì)和測(cè)量結(jié)果上是完全一致，完全可以等同采用。