蒋东洋

摘要： 对于数控机床来讲，具有较高智能性，然而在生产实践中部分数控机床，尤其在经济型机床方面，并不能够让人满意，比如插补程序以及参考点位置设置不足等。对此，本文阐述了数控机床的误差补偿必要性、介绍了数控机床的位置控制精度以及误差，介绍了机床位置的误差补偿，并比较了误差补偿应用情况，希望能够为相关单位与人员提供参考。

Abstract： For CNC machine tools， it has high intelligence. However， in production practice， some CNC machine tools， especially in economical machine tools， are not satisfactory， such as interpolation procedures and insufficient reference point position settings. In this regard， this article explains the necessity of error compensation of CNC machine tools， introduces the position control accuracy and error of CNC machine tools， introduces the error compensation of machine tool position， and compares the application of error compensation， hope to provide reference for relevant units and personnel.

关键词： 数控机床;位置控制;误差补偿

Key words： CNC machine tools;position control;error compensation

中图分类号：TG659                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2022）05-0079-03

0  引言

强化数控机床生产具有较多精度，涵盖刀具几何参数与材料类型，对系统误差与切削环境进行科学控制。现阶段，借助强化机床零件精度、减小应力变形影响等方法充分降低机床误差，延长机床寿命，此种方法在基础层面来讲日益困难，经济层面也无法承受，所以误差补偿得以

发展[1]。

1  机械数控机床位置控制概述

对于各个数控机床来讲，均会对零点所在位置进行设置，另外，该点为固定点，采用何种方法均无法进行更改。在数控机床方面，参考点设置的关键目的就是能够借助其在机床工作时，对零点所在进行确定。对于参考点位置，存在和零点位置重合的可能性，也会存在偏差问题，数控机床出厂前，会安排专业人员设置参考点，若是数控机床在日常运行中，发生报警问题，那么表明参考点返回动作出现异常现象，无法对正确参考点进行确定，那么该故障形成的关键原因可能是由于坐标轴出现越位问题，工作人员借助复位按钮能够实现复位。而数控基础属于一种前沿加工生产设备，具有智能化特点，能够有效、快速地对参考点无法复位故障进行处理，工作人员可以在坐标轴正极限位置进行设置，将电源接入设备之后，坐标轴均会处于参考点负方向位置。

进行应用实践时，在数控机床对参考点返回动作进行执行过程中，均会产生螺钉旋转，螺钉进行一次旋转，就会将零脉冲信号向接近传感器中进行传输。所以，采用何种方法科学选取零脉冲信号，进而获得准确、科学参考信号。在工作人员方面，应该深入开展分析以及研究工作。一般，工作人员应该将硬件挡块与行程开关安装于坐标轴中特定位置，以此为参考点的减速开关，若是达到该位置之后，要求系统作出减速动作，最终实现停止目的。在发展初期，借助以上开关可以实现定位目的，传感器也能夠有效检测不同零脉冲信号，借助减速开关，对参考点返回信号进行有效确定。另外，CNC装置需要正确识别零脉冲信号，在CNC装置保持低速工作状态情况下，减速开关一般需要将信号传输给PLC输入端。所以，在数控机床的参考点返回方面，应该选择双开关手段。初期定位的减速开关为第一个开关，精准定位接近传感器为第二个开关。各个借助数控机床加工的机械产品在生产过程中会被机床误差所影响，同时影响程度较大。开展数控机床开展生产实践活动时，一般会广泛应用误差补偿手段，以现阶段实际角度分析，相关人员对于该技术较为青睐，然而在生产加工实践活动中并未获得广泛应用。出现误差问题后，采用何种方法展开有效补充，并且对误差来源进行快速识别，是当前生产实践活动中的重要问题。另外，数控机床在加工实践中的影响因素较多，比如，工作环境的空气温度和质量，开展机床安装作业过程中出现的误差与温度误差。另外，空间误差与高频误差主要是在数控机床生产活动中工作人员的逐步认识。同时，科研人员不断深入研究数控机床误差来源，在时间不断推移过程中，研究工作日益深入，采用何种方法准确检测单项误差，同时以此为基础开展误差补偿工作，是现阶段研究人员亟需处理的问题。

2  数控机床的误差补偿必要性

在数控机床中，开展加工实践活动时，存在一些要求，各种数控机床类型在刀具、工件等方面的要求也具有一定差异，在工件与刀具应用于产品生产活动过程中，彼此之间相互运动，是形成动态误差的关键原因。对于相关人员而言，应该充分重视动态误差，同时进行科学补偿。因为，为了提高机床生产水平，仅仅通过静态误差补偿无法满足要求，还应该结合动态补偿方法，相关人员需要对动态补偿技术进行充分深入研究，保证满足加工要求，进而生产高质量产品[2]。

控制与补偿误差也是对数控机床工作误差进行有效控制的途径。对于控制，主要是借助调整机械部分、完善工艺过程以及优化加工环境等方法充分减少加工误差。补偿主要是基于得到机床误差条件下，借助对系统参数以及其他数值进行调整，实现系统误差抵消或是平衡目标。企业与行业对于误差补偿技术更为认同，该方法具有经济效益突出、简便易行以及灵活性大等特点，可以在企业中进行广泛推广。

机床开展加工实践活动时，各类机床刀具以及工件存在差異，在工作过程中产生相对运动，所以会形成动态误差，对于动态误差同样需要开展实时出厂处理，所以，要想保证机床整体加工水平得到有效提升，不仅需要有效补偿静态误差，还需要积极研究动态补偿方法，促使产品加工要求以及产品质量等得到充分满足。现阶段，科研院所与机床生产公司在误差研究方面的工作不断增加，对于提升未来数控机床产品加工质量等方面具有良好助推作用，然而因为研究误差的工作一般需要实践经验提供研究，技术人员缺乏足够时间，所以主要是完成日常任务，在机床深入研究方面无法投入大量时间，而科研院所的人员主要是以理论研究为主，因此，现阶段，误差补偿的研究工作并未广泛应用在实践活动中。

3  数控机床的位置控制精度以及误差

3.1 位置变化的原因

数控机床工作过程中，主要是根据提前编制的程序以及辅助参数，根据既定路线开展零件精准加工活动，借助机械化操作以及控制降低人为误差，另外强化产品生产速度，并减少加工成本。

现阶段，在数控机床中，交流伺服的位置控制技术应用较为广泛，其结构主要涵盖机械手臂、数控机床与点阵式粮仓等。在数控机床工作过程中，可以让U光电编码器工作，同时形成脉冲数，进而有效控制机床位置满足规定要求。数控机床在工作时发生位置误差的主要原因在于，加工过程中刀具和工件摩擦形成热量，导致机床位置出现变化，所以也会造成工件相对位置发生变化。由于数控机床的结构系统性与复杂性特征较为显著，所以使得机床控制难度增加。为了充分实现机床位置精准化和动态化控制，应该借助增量动态模型同时根据热位移、温度等数据对机床热变形进行计算，所以需要充分分析机床温度和位置误差的关系。之后根据分析数据和计算数据建立模型，同时借助模型开展位置控制工作。

3.2 校正机床位置

①构建数控机床的目标控制函数。为了保证数控机床能够高精度工作，可以采用前沿技术手段和专业理论建立数控机床的目标控制函数，借助该函数精准校正机床位置，避免发生位置偏差问题。建立目标控制函数过程中，首先借助专业技术方法，对数控机床控制参数相关性进行有效测量，进而便于后续建构以及矫正活动有序开展。

开展控制参数相关性测量活动时，选择一次逆铣法开展主轴承铣削活动，开展生产活动时，根据齿宽率修正接触线，在修正过程中同时开展检测以及记录等工作，最后获得数控机床生产测试轴承的转动惯量。获得相关数据之后，合理给定数控机床中主轴滚子的轴承铣削生产误差的参考量，之后对直齿生产过程中切削参数进行测试，同时进行优化处理，在切滚刀模数与安全允量较为接近情况下，对工艺参数的解算相关性的控制函数进行计算，同时根据公式对相关性测量矩阵进行计算。对数控机床控制参数的相关性进行精准测量前提下，根据相关理论、公式以及精准数据建立约束函数。建立约束函数过程中，应该对数控机床基于工作条件下齿像方向误差、轴向形成以及进给速度进行有效计算。要想保证数据精准度，应该选择距离测试方法开展测试工作。之后按照公式以及理论等对数控机床的平动速率和平动行程的关系进行有效测试[3]。

②建立误差关系的增量动态模型。控制机床位置过程中，因为控制精度一般受到温度变形等方面影响，所以为了强化机床位置坐标控制精度，应该保证温度信息精准性。要想保证分度变形数据精度，应该选择补偿法开展检测以及计算等工作。开展实践活动时，应该对机床位置精度中结构特点影响情况进行充分分析，根据分析结构建立增量模型与数控系统，通过信息化模型有效监测机床工作过程中位置变化数据，进而为校正位置误差提供良好依据。增量模型与数控系统检测原理、程序如下：将数控机床开展生产活动过程中，数控机床中温度感应设备能够对数控机床工作温度自动采集，同时向数控系统传输温度数据，系统处理数据之后，在增量模型中运用数据，模型能够对误差补偿值自动进行计算，参考该数值校正机床位置，促使机床沿着坐标轴进行运动。现阶段，还可以根据高精度坐标方法，获得数控机床在工作条件下不同坐标的合成轨迹，以此为基础借助几何误差校正技术，校正偏差位置，进而满足位置精度要求。

4  机床位置的误差补偿

4.1 硬件补偿

选择硬件误差补偿技术过程中，一般是借助对硬件参数进行调整实现强化位置精度控制目标。比如，调整数控机床中构件深浅、大小、尺寸等信息，进而保证数控机床在工作时经常出现位置偏差问题得到有效处理。不仅需要对机床部件参数进行调整，还应该预紧紧固螺母与螺栓等部件，充分补偿轴承间隙。完成补偿处理之后，虽然提高了数控机床的位置精度，然而会导致机床成本增加。同时选择该补偿方法之后，并不能够保证后续机床补偿值调整工作零活性所以，需要结合生产实践情况科学应用[4]。

4.2 软件补偿技术

采用该方法开展补偿工作时，应该对反向间隙进行有效测定，之后结合测定结果对参数表补偿值进行科学调整，通过抵消机床系统工作过程中形成的误差值，充分降低机床的物质误差。相比于硬件补偿技术，该方法操作便捷，同时具有良好适用性以及通用性。通过实验研究发现，该方法具有良好共台性，同时补偿操作非常灵活，在数控机床工作时，补偿值会根据具体工作状态补偿值也会发生相应变化。当前，软件补偿的应用更加广泛[5]。

软件补偿实例如下：

因为激光干涉设备具有自动线性补偿功能，能够在机床工作时对机床的位置精度进行自动检测同时进行自动补偿，所以能够借助其在数控机床运动轴中具有反向间隙功能实现自动测量以及补偿工作，充分提升机床加工精度。借助激光干涉仪检测以及补偿位置精度过程中，应该对相关参数进行体现设备，比如可以对起点坐标进行0设置，终点坐标进行100设置，步长进行4mm设置，自动测量往复行程的次数设置为20次。以此为基础进行补偿参数设置，促使激光干涉仪测量频率为1次/10mm，停顿时间为4s，测量次数选择11次，总计工作10mm。

完成参数设置工作后，进行测量程序编写工作，此过程中需要将机床具体加工精度作为参考，基于滚珠丝杠的有效范围根据标准顺序对不同采样点进行科学确定。完成采样点设置工作后，借助增量补偿方法科学测量与采集误差补偿值，对不同数据进行整合处理，进而形成各种指令位置以及带后冲动值的误差表。结合误差表科学分析误差形成原因，同时打开控制模块中参数设置单元，之后点击“轴间补量”Z轴补偿单元，将反向间隙的均值输入Z轴的反向间隙中，进而充分补偿误差。通过研究以及实践证明，通过上述开展数控机床误差补偿实践之后，能够充分强化机床精度，充分提高产品质量。

5  误差补偿应用比较

另外，还可以借助程序补偿、机械调整以及其他方法对机床反向间隙误差进行补偿。基于相同试验条件，三种方法的补偿效果存在一定差异。

结合实验数据对比、分析经济型机床，对经济型机床生产各种精度零件过程中反向间隙的测量方法和补偿方法，见表1。

在机床控制加工精度方面，误差补偿属于关键方法，尤其在封闭曲线加工方面具有较大意义，在加工实践中应该检测以及补偿机床中所有坐标轴反向间隙。通过实验研究发现，开封闭曲线加工互动式，相比于不选择补偿方法，选择误差补偿能够降低90%的曲线误差[6]。

机械补偿方法并不会对加工程序編写造成影响，基于特定范围中具有良好补偿效果，然而也具有较大局限性，具有较高的操作要求，无法进行定量补偿。惩处补偿法具有良好效果，然而此种方法会导致编程复杂性增加，在相关人员的工艺制定以及程序编写能力方面的要求较为严格。系统补偿法首先对反向间隙进行测量，之后借助科学计算方法获得补偿值，最后进行数控坐标补偿系统输入，在现阶段半封闭式机床滚珠丝杠间隙控制的补偿方案中具有良好优势。

6  强化数控机床的进给系统定位精度合理性以及必然性

以现阶段实际情况分析，研究人员还需要深入研究以及仔细分析数控机床的进给系统定位精度，进给系统精度会对数控机床整个生产环节产生严重影响，进给系统的精度相对较高，也可以充分提升数控机床的整体性。研究人员对系统定位精度展开检测工作，获得相应情况信息，可以对系统误差源进行有效确定，另外进行有效分析，能够对误差发生原因进行有效确定，之后可以采用针对性措施有效控制误差问题，另外，对进给系统精度进行充分强化，开展实践工作时，合理运用研究成果，进而对研究成果稳定反证。同时，研究人员应该根据误差实际数值情况，科学制定误差补偿措施，进而充分提升数控机床整体工作性。主要操作步骤如下：第一，在数控机床工作时，并形成误差之后，应该借助理论知识分析误差数值。第二，对进给系统中所有坐标轴相关阐述进行反复修正，另外，逐步对数值展开修正，进而可以充分提高数控机床定位精度。

7  结语

在未来一段时间中，采用何种方法构建健全、具有科学性的数控机床误差模型，同时以此为基础深入研究各种类型机床，之后设计与开发低成本误差检查以及补偿技术，是现阶段相关人员应该重点关注的方向。在数控机床中，为了充分减小误差，进行合理控制与科学补偿是最有效途径，在充分控制精度基础上，有效补偿机床误差，才可以充分保证实际生产效果。在开展补偿工作时，可以根据工件具体精度要求科学选择百分表以及千分表等测量方法，并综合确定系统补偿以及机械调整等补偿方法。

参考文献：

[1]张婷，薛媛丽.基于增量动态模型的机械数控机床位置控制方法[J].机械设计与制造工程，2020，49（06）：107-111.

[2]赵练，梅向锋，曹守正，王友志，程志新.测头在加工中心位置度补偿领域的应用[A].中国汽车工程学会（China Society of Automotive Engineers）.2018中国汽车工程学会年会论文集[C].中国汽车工程学会（China Society of Automotive Engineers）：中国汽车工程学会，2018：5.

[3]王永青，吴嘉锟，刘阔，等.数控机床精度保持性的定量评价与误差敏感度分析[J].机械工程学报，2019，55（05）：130-136.

[4]王宁，刘丽冰，江烨，等.CNC加工动态基准视觉检测新工艺研究[J].制造技术与机床，2020（02）：115-119.

[5]王帼媛，张忠欣.坐标测量系统精度提升技术研究[A].中国航空工业集团有限公司防务生产与保障部、中国航空工业技术装备工程协会.2019航空装备服务保障与维修技术论坛暨中国航空工业技术装备工程协会年会论文集[C].中国航空工业集团有限公司防务生产与保障部、中国航空工业技术装备工程协会：《测控技术》杂志社，2019：4.

[6]刘巍，李肖，李辉，等.基于双目视觉的数控机床动态轮廓误差三维测量方法[J].机械工程学报，2019，55（10）：1-9.