数控机床机械装调技术 项目六任务二教案.doc

江苏省常熟中等专业学校

《数控机床机械装调技术》教案

项目名称

项目六数控车床精度检验与调整

任务名称

任务二数控车床定位精度检验

课时分配

4

理论课时

1

实践课时

3

授课班级

教学目标

1、通过以激光干涉仪为例介绍数控车床定位精度的检验操作训练，掌握数控机床的定位精度的检测方法。

2、学会参照数控机床定位精度检验标准ISO230-2标准和国标GB/T25659.1-2010，认识到数控机床的定位精度会对机床加工精度产生重要影响，例如会影响到孔隙加工时的孔距误差，轮廓加工中的位置误差等等。

重点、难点

重点

利用激光干涉仪测量数控车床定位精度的检验操作训练。

难点

认识到数控机床的定位精度会对机床加工精度产生重要影响。

教学方法与手段

教学方法：以项目教学法为主，灵活运用“情景导入”“案例分析”“任务驱动”“实验演示”等多种教学方法，引导学生主动参与，积极思考，通过自主探究、合作学习、角色扮演等方式，将教学过程转化成为学生探求新知掌握新知的过程关的。

教学手段：多媒体教学，PPT，网络资源、亚龙YL-558型数控实训设备

教学评价

以小组为单位进行成果验收，填写评价反馈表。

教师进行点评，强调正确做法，完成知识的内化。

教学过程

教学内容

学生活动

教师活动

课前准备

情景导入

知识引导

任务实施

任务评价

学生课前预习相关内容

播放一段工厂中激光干涉仪对机床精度检验的视频。

随着数控技术的发展，数控机床被普遍的应用在了生产中代替了传统的机床，因此工厂中不仅需要大量的数控机床的操作人员，也需要相应的设备维护人员，而这正是学习本课程的原因。

一、激光干涉仪简介

激光干涉仪是利用激光的波长作为长度最小单位，对数控设备（数控车床、数控铣床、加工中心）等的位置精度等指标进行检测的精密测量仪器。激光干涉仪有单频的和双频的两种。

单频激光干涉仪：从激光器发出的光束，经扩束准直后由分光镜分为两路，并分别从固定反射镜和可动反射镜反射回来会合在分光镜上而产生干涉条纹。当可动反射镜移动时，干涉条纹的光强变化由接收器中的光电转换元件和电子线路等转换为电脉冲信号，经整形、放大后输入可逆计数器计算出总脉冲数，再由电子计算机算出可动反射镜的位移量L。使用单频激光干涉仪时，要求周围大气处于稳定状态，各种空气湍流都会引起直流电平变化而影响测量结果。

双频激光干涉仪：在氦氖激光器上，加上一个约0.03特斯拉的轴向磁场。由于塞曼分裂效应和频率牵引效应,激光器产生f1和f2两个不同频率的左旋和右旋圆偏振光（约1-2MHz频差）。双频激光干涉仪就是以这两个具有不同频率的圆偏振光作为光源。双频激光干涉仪对由光强变化引起的直流电平变化不敏感，所以抗干扰能力强。

目前，用于数控机床精度检测的一般均为双频激光干涉仪。

1．激光原理

测量原理是把两束波长相同的光波重合在一起形成干涉。其合成结果因两个光波相位差不同而不同，用该相位差来确定两个光波的光路误差变化。采用激光作为发光源主要基于以下三个关键特性：波长精确已知，能实现精确测量；波长短，能实现精密测量和高分辨率测量；所有光波均为同相，能实现干涉条纹。

氦氖激光管：大多数现代激光干涉仪均使用氦氖激光管，这些激光管具有633纳米的波长输出，如图6-2所示。

当高压连接在阳极和阴极之间时，混合气体被激发，形成激光光束。当激光光束在两个反射镜之间来回共振时激光光强被放大。一些光透射出阳极反射镜，成为输出激光光束。

图6-2氦氖激光管结构

2．线性干涉原理

干涉镜分很多种，激光干涉仪一般所用的是线性角锥反射镜系统。如图6-3所示，激光头发出的光被分光镜（A）分成两束光，大约一半激光被射到固定角锥反射镜（B）上，形成参考光束，另一半激光射到移动角锥反射镜（C）上，形成测量光束。角锥反射镜将两束光返回到分光镜中，光束叠加并彼此干涉，产生两种干涉：

（1）相消干涉。一束光的峰值被波谷抵消，产生暗条纹。

（2）相长干涉。一束光的峰值被另一束光的波峰加强，产生明条纹。

图6-3线性干涉原理

3．运动测量原理

如果测量光路长度改变（角锥反射镜移动），干涉光束的相对相位将改变。由此产生的相长干涉和相消干涉的循环将导致叠加光束强度的明暗周期变化。例如：角锥反射镜每移动315nm(因此移动会造成633nm的光路长度变化，就会出现一个光强变化循环（明-暗-明）。通过这些循环来测量移动，在这些循环之间进行相位细分，实现更高分辨率（1nm）的测量。

二、雷尼绍（Renishaw）激光干涉仪介绍

Renishaw公司是一家英国企业，雷尼绍激光干涉仪主要用于数控机床及三坐标测量机位移精度和几何精度的测定与评价，一直以来是世界范围内计量、测量科学领域的创新引领品牌。

XL80型激光干涉仪是目前雷尼绍公司干涉仪中的主要品牌。其硬件