浅析数控系统位置误差及参数补偿

论坛ｆ　Ｎ　ｚ大ａｚｈｉ家谈＠１６３，ｃ。　
浅析数控系统位置误差及参数补偿　

制造业是否发达，决定着一个国家的经济技术发达与　否。制造业的每次飞跃，都会给一个社会带来比较深远的　影响。数控机床是先进制造技术的基础设备，当今社会的　飞速发展，对数控机床的精确度和效率也提出了越来越高　的要求。也正是由于时代的发展，生产过程自动化的快速　发展和精密加工的广泛应用，对数控机床的精确度提出了　越来越高的要求。　一、误差产生的原因　动平台沿直线（或圆）向既定目标位置点趋近定位，　总会有定位误差存在。定位误差的产生，主要有以下四点　原因　１．系统误差　它主要是指在一定行程长度或整个行程中的周期性误　差。系统误差产生的原因，主要是机床位移系统的基本元　件丝杠、螺母、轴承等，或测量系统的基本元件，如刻度　尺等误差。　２．随机误差　它主要是表示机床移动部件反复移向各个目标位置点　时定位的偏差问题，是一个统计数学概念，描述实际到达　位置平均值的一定概率程度的预期偏差。　３．反向定位的失动量　它指的是在向某一位置作正向和负向定位后，两个静　止位置之差。其产生的原因，一是驱动电机、传动元件和　机床执行原件问存在着间隙，二是传动系统的柔度和导轨　摩擦特性的影响。　４．厩小可能移动量　这是机床移动执行件实际能够给出的最／ｊ、位移量值，　理论上应该等于数控系统的脉冲当量，但由于导轨摩擦特　性、传动系统柔度、工作台及其上面放置工件的质量所引　起的惯性以及润滑条件等的综合作用，它往往大于脉冲当　量值。　二、如何界定位置误差　在对数控系统的误差元素进行检测时，有两种方式，　即：直接检测和间接估计。直接测量误差元素是在机床不　同的位置和温度分布条件下，使用激光干涉仪或光学方法　来测量误差元素。间接估计误差是用可伸缩式球棒等测量　仪器测量机床上工件表面形状误差或最终误差，而后基于　运动学模型估计各误差分量。　两者相对而言，直接测量误差分量更精确、简单明　皿　ｆ０ｃｃＵＰＡＴ１０Ｎ　ｌ　２０１１　１　文／曾艳平彭立志　了。简介估计误差分量只是提供了一种快速和有效估计机　
床误差分量的方法。此外，还有一种方法是将工件尺寸和　
形状误差的测量值用于估计机床误差。通常情况下，机床　
几何误差的测量不是很困难，但由于机床热误差在某种程　
度上完全取决于加工周期、冷却液的使用和周围环境等各　
种因素，所以，要精确地测得热误差是比较困难的。　

三、参数补偿的概念　
所谓参数补偿，就是通过检定机床各种误差或分析误　
差威因，依据检定结果及误差模型对机床各坐标轴的运动　
进行适当的修正来提高机床精度。数控机床误差补偿效果　
的好坏，在很大程度上取决于误差综合数学模型建立的；隹　
确性。误差元素模型是误差综合数学模型的基础，直接关　
系到最后的综合数学模型的准确性。所以，误差补偿的首　
要任务是对数控机床误差元素进行准确检测。能否精确地　
检测和辨识数控机床的误差元素，直接关系到下一步所建　
立的误差模型能否准确反映数控机床的误差情况，最终影　
响到数控机床误差补偿的效果。　

四、如何确定参数补偿　
１．在参数补偿确定之前，必须做好误差的测量　
误差的测量辨识方法有以下两种：　
（１）综合误差测量参数辨识方法是对机床工作区域　
内指定点的定位误差进行测量。通过数学模型对其测量点　
的综合误差进行参数辨识，间接得到机床各项误差参数的　
离散值。综合误差测量参数辨识法常见的有光栅阵列法、　
ＤＢＢ测量法、一维球列法、２２线测量法、１　４位移线测量法　
等。　
（２）采用激光干涉仪的误差测量分析。应用该方法　
进行测量，可显著减少所需测量仪器、量具、量仪的数量　
及安装调整时间，便于在工业现场使用。　
２．参数的误差补偿　
误差补偿是根据对误差的检测分析，在加工过程中从　
硬件上或软件上对这种误差进行修正，达到降低误差，提　
高加工精度的目的，比较灵活通用。误差补偿的类型根据　
其本身的特征可分为：实时和非实时误差补偿、硬件补偿　
和软件补偿、静态补偿和动态补偿。　
（１）实时与非实时误差补偿。在非实时误差补偿　
中，误差的检测与补偿是相辅相成的。实时误差补偿不　
仅能补偿系统误差，而且还能补偿相当大的一部分随机误　
差。静态误差都广泛采用非实时误差补偿技术，而热变形　
新思路　ＮＥＷ　ＴＨ０ＵＧＨＴＳ　
编辑Ｉ孙雁Ｉ　Ｅ－－ｒｅａｌＩ：ｚｈｉｙｅｚａｚｈｉ＠ｌ６３　ｃｏｒｎ　

对提高高职学生模具设计　
及制造能力的思考　

一
、

现行高职模具专业教学中存在的问题　

１．沿用错误的教学观念　
传统的教学理念，在很大程度上带有普高教育教学　
色彩，即理论教学追求知识的系统性、逻辑性和完整性，　
倡导的学习理论以加涅提出的认知主义为主，把专业技能　
的训练和培养看作是理论知识健全以后进行的教学活动，　
把学生职业岗位能力的获得放在教学之外：模具专业技能　
的实训又过于大众化，只要与机械专业搭边的生产设备都　
上，实训的预期结果不在于学生是否具备模具设计、生产　
和制造的技能，而在于能否使用各种机床加工模块化了的　
简单零件，将高职教育错误地看成高中的延续，忽视了学　

改革探索　
文／蒋金伟　
生职业能力和专业岗位能力的获得和训练。　
２．没有独立的课程体系　
现行的高职模具专业课程设置存在缺陷，课程的划分　
过细，教学活动缺少沟通，阻隔了课程内容的联系。理论　
课程的教学过分强调知识的系统性和完整性，突出的表现　
是，模具专业在初期专业课的学习中，很多学生都发现模　
具专业的学习内容与其他机械专业完全一致，不利于模具　
专业的学生对本专业知识体系的理解和把握。实训课程则　
过分强调对学生基础操作能力的训练，实训模块及内容又　
与其他机械专业的实训模块和内容完全相同，学生甚至在　
就业前没参加过任何模具的设计、生产、制造和装配。　

误差总是采用实时误差补偿。非实时误差补偿成本低，实　
时误差补偿成本高。只有制造超高精度装备时，才采用实　时误差补偿技术。此外，在动态加工过程中，误差值迅速　变化，而补偿总有时间滞后，实时补偿不可能补偿全部误　差。　（２）硬件补偿与软件补偿。在机床加工中误差补　偿的实现，都是靠改变切削刀刃与工件的相对位置来达到　的。硬件补偿法是采用机械的方法，来改变机床的刀具与　工件的相对位置达到加工误差补偿的目的。与利用微机的　软件补偿相比，此方法显得十分笨拙。要改变补偿量，需　改制凸轮、校正尺等补偿装置，或至少重新调整，很不方　便。同时，这种方法对局部误差（短周期误差）一般无法　补偿。软件补偿是数控机床特有的补偿方法，一般的机床　上无法实现。数控机床是靠微机执行数控加工的指令代　码，使切削刀具与被切削工件之间实现准确的定位和相对　运动。因此，数控机床存在软件补偿的潜能。软件补偿是　通过修改数控加工代码或执行补偿指令来实现加工误差的　补偿。由于软件补偿克服了硬件补偿的困难和缺点，逐渐　取代了误差的硬件补偿方法，使误差的硬件补偿方法成为　历史。　（３）静态补偿法与动态补偿法。误差的静态补偿　是指数控机床在加工时，补偿量或补偿参数不变。它只能　按预置的设定值进行补偿，而不能按实际情况改变补偿量　或补偿参数。采用静态补偿方法，只能补偿系统误差而不　能补偿随机误差。动态误差补偿是指在切削加工条件下，　能根据机床工况、环境条件和空间位置的变化来跟踪、调　
整补偿量或补偿参数，是一种反馈补偿方法。它不但能补　
偿机床系统误差，也可以补偿部分随机误差，能对几何误　
差、热误差和切削载荷误差进行综合补偿。动态补偿法可　
以获得较佳的补偿效果，是数控机床最有前途的误差补偿　
方法，但需要较高的技术水平和较高的附加成本。误差补　
偿技术，解决了高精度与低成本之间的矛盾，应用误差补　
偿技术提高机床的加工精度，已是必然的发展趋势。　
在误差补偿的实施中，应注意以下问题：第一，目　
前的研究成果大多所涉及的误差源为机床零部件的制造误　
差，因此，应加强对机床热变形、载荷误差的补偿技术研　
究，特别是机床在高速切削情况下，机床动态特性与加工　
误差的关系研究。第二，静态补偿法在单项误差源的补偿　
中已有实用化的成功例子，而综合的补偿法还处在研究阶　
段。因此，应研究机床误差与速度和加速度的关系，建　
立动态切削加工情况下的精确数据模型或者有效的经验模　
型，使机床的误差补偿应用范围更广，效果更佳。第三，　
误差补偿的效果与机床本身的原始精度有关，当机床的定　
位精度好时，补偿的效果才明显。误差补偿技术只是提高　
数控机床加工精度的辅助手段，想要从根本上改变我国数　
控机床的面貌，必须从机床设计制造的全方位着手。　

（作者单位：曾艳平，广东省中山市技师学院；彭立　
志，广东省中山职业技术学院）　

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