数控机床精度检测及误差补偿

摘 要：随着我国工业和国民经济的高速发展，工业产品结构不断复杂，因此对数控机床的加工精度及其测量技术提出了越来越高的要求。误差补偿技术作为现代精密工程的重要技术支柱之一，必将得到广泛的应用。

关键词：机床；精度检测；误差补偿

一、误差来源

影响机床加工精度的误差源主要表现为机床系统的空间误差、刀具系统的位置误差、工件和夹具系统的位置误差、检测系统的测试误差和外界干扰误差。经过统计机床误差占各种误差源的比重为50%，加工过程和检测误差占35%和15%。

二、精度检测

机床原始误差参数的精确测定是误差模型准确计算的关键。为了对数控机床的误差进行全面准确的预测和补偿或准确、全面评价机床性能，必须知道机床的所有误差元素在各种条件下、各种环境下以及在各个时刻的值。

精度检测是用合适的误差测量仪器直接测量出所要检定的误差成分，它有℃单项误差检测和综合误差检测之分。误差检测不需要误差辨识模型，因此最可靠、最直观，也最便于应用。一般情况下，机床单项几何误差的检测不是很困难，但是机床热变形误差、弹性变形误差以及振动误差等由于多种因素的复杂影响，以及测量仪器研制、安装、性能等方面的制约，直接检测☣要困难得多，这类误差往往多采用间接估计的方法。

在机床综合性能评价或综合误差补偿中，有时需要或只需要进行综合误差检测。另外，综合误差检测也是辨识机床原始误差的一个重要途径，因此综合误差检测误差占有显著的地位。

2.1 误差补偿

目前，对该方法的研究在数控机床上已得到广泛的应用，一般出厂时数控系统都已配有各自的误差补偿软件。当前行之有效的是对机床各轴的定位误差补偿，通过修正数控系统反馈增值表IFC，达到提高机床的定位精度的目的。

2.2数控机床的精度检测及误差补偿方法

利用英国RENISHAW MLl0激光干涉仪，对数控机床的定位精度和重复定位精度进行精度检测和误差补偿。

（1）MLl0激光干涉仪原理及测试系统

MLI0激光干涉仪是一种高精度仪器，其精度高达到±1.1PPM（在0～40℃下），测量范围大（线性测长40m，位选80m）。测量速度快（60mPmin），分辨率高（0.001μm），便携性好。由于ML10激光干涉仪具备自动线性误差补偿能力，可方便检测出机床精度。

N=■Δfdt=2l/λ

l=（λ/2）N

式中：N为累计脉冲数；λ为激光波长；l为测量距离。

图2.1 激光干涉仪原理图

（2）检测与误差补偿

数控机床误差补偿系统

该系统组成如图2-3所示：数控机床、激光干涉仪、误差测量接口、误差补偿接口、计算机和打印机等。激光干涉仪用于测量误差，计算机是系统的核心。通过测量接口可用双频激光干涉仪自动测量数控机床的定位误差，误差数据可通过打印机输出。再根据误差分析结果，依靠数控系统自带的补偿软件进行精度补偿。

图2.2 数控机床误差补偿系统

误差补偿这项工作应该是在机床几何精度（床身水平、平行度、垂直度等）调整完成后进行的，这样可以尽量减少几何精度对定位精度的影响。另外，进行螺距误差补偿时应使用高精度的检测仪器（如激光干涉仪），这样可以先测量再补偿，补偿后再测量，并按照相应的分析标准☼对测量数据进行分析，直到达到机床对定位精度的要求范围。

数控系统是绝对型补偿，要求机床各轴的机械坐标参数考点必须是一个补偿点，系统规定各第一号补偿点应在各轴负方向最远端，即补偿点的编号从最负端开始，逐一向正方向编号。各点可补偿的误差范围为-1000μm～+1000μm。

（3）实际检测补偿过程

根据实际的测量结果，我们可以发现经过误差补偿，机床的精度得到了显著的改善，达到了验收时的要求。

พ 表2.1误差补偿后机床精度检测验收结果

由上表可以看出运用激光干涉仪对数控机床位置精度和重ฒ复位置精度的检测，并根据所得的检测结果进行误差补偿可达到理想的精度要求。

结论

本文利用英国RENISHAW MLl0激光干涉仪，对数控机床的定位精度和重复定位精度进行精度检测和误差补偿，证实了数控机床精度检测与误差补偿的必要性与可行性。

参考文献

[2]陈玉祥.中国机械工程[J].1998，9（5）：1-4