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加工中心加工精度与温度补偿的应用

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第１期　汽齿科技　２０１２链　

加工中，ｂ￣Ｄ　ｍ精度与温度补偿的应用　

方少非　

摘要：温度会影响数控机床的加工精度，分析数控机床的热变形如何影响产品的加工精度。通过最　简单的温度补偿手段消除数控机床的加工精度误差。　关键词：热变形；加工精度；温度补偿　

１’引　言　

绝大多数物质都具有“热胀冷缩”的性质，数控机床的各个部件也会受到这些“热胀冷缩”　

的影响，从而影响数控机床的定位精度，最终影响工件的加工精度。在现代化精密加工中，　

由机床热变形所引起的制造误差占总制造误差的４Ｏ％一７Ｏ％，加工精度要求越高，就越要消除　

由热变形引起的定位误差，因此高精度机床要求在规定的恒温条件下制造或使用。　

２温度变化对机床精度的影响　

２．１现象描述　ＤＭＧ１０３５Ｖ立式加工中心在产品试制过程中经过长期大量实验和总结，发现其】，轴受温　

度影响较大。具体现象为前道工序的工艺定位孔在后道工序上作为加工定位基准，与后道工　

序所加工的要素间在】，轴方向上的偏差值较大，而后道工序本身所加工要素相互之间的位置　

度几乎可以做到与名义值基本相同（图１）。验证方法为：在机床工作台上装夹一对表圈，校　

正其圆心后　值和】，值归零，待温度发生变化后重新校正其圆心比较　和ｊ，值（图２），Ｊ，轴　

数值变化较大。　

图１　

图２　・３４・　汽齿科技　２０１２笼　

２．２原因分析　为了进一步检测温度对于机床定位精度的影响，环境温度每变化０．５。进行一次复测并记　

录。　

表１　

温度　轴　】，轴　对应位置度　

２２．Ｏ　Ｏ　０　０　２２．５　０　Ｏ．ｏｏ５　Ｏ．０ｌ　２３．Ｏ　０．００ｌ　０．０ｏ８　０．０１６１２５　２３．５　Ｏ．ｏｏ１　０．０１４　０．０２８０７１　２４．Ｏ　０．０ｏ２　０．０１５　Ｏ．０３Ｏ２６５　２４．５　０．ｏｏ２　０．０１８　Ｏ．０３６２２２　２５．Ｏ　Ｏ．ｏ０２　０．Ｏ２３　０．Ｏ４６ｌ７４　２５．５　Ｏ．０ｏ３　Ｏ．Ｏ２７　０．０５４３３２　２６．Ｏ　Ｏ．ｏｏ３　０．０３３　Ｏ．０６６２７２　２６．６　Ｏ．ＯＯ４　０．０３７　０．０７４４３　ｌ　２７．０　０．００４　０．０４　Ｏ．Ｏ８０３９９　２７．５　０．００４　Ｏ．Ｏ４５　０．０９０３５５　２８．Ｏ　０．ｏ０５　０．０４９　０．ｏ９８５０９　

通过表ｌ数据分析，该加工中心的Ｊ，轴受温度影响极大，但当时设备的验收是如何通过　

的呢？通过实测数据分析，设备验收时的重复定位精度为０．００８　ｍｍ，而验收时的重复定位精　

度是在较短时间内重复定位ｌ０次取最大值。在较短时间内设备的温度变化值应该不会超过　

ｌ℃，因此当时认定重复定位精度合格。在加工产品时一道工序的加工时间通常在３０ｍｉｎ左右，　

而最终精加工过程大约为５　ｍｉｎ以内，在这相当短的时间内温度的变化量也较小，因此同一工　

序精加工要素间的位置度误差也非常小。并且当时该设备生产的产品是重卡的上盖和后盖，　

该产品是选用螺栓孔钻扩铰作为后道工序的工艺定位孔，当产品加工完成后，两个作为工艺　

定位孔的螺栓孔位置度只需满足　０．２５Ⅱ吼的位置度即可，因此在日常生产过程中基本可以满　足加工要求，通过查阅以往报告也证实了该设备不同时期工艺定位孔Ｙ轴实测数据波动较大。　

３减小误差方法　

３．１恒温控制　根据表１分析可知，若要保证工艺定位孔位置度中Ｏ．２５，需将环境温差控制在１５１２以内。　

若要保证工艺定位孔位置度①０．１，需将环境温差控制在６＂Ｃ以内。若要保证工艺定位孔位置　

度　Ｏ．０５，需将环境温差控制在３℃以内。　在实际生产过程中环境温度较难控制，由于表ｌ的测定是在车间内已开空调的情况下测　

得的，因此在春秋两季不开空调的环境中，环境温度的变化将会更大。　

３．２温度补偿　通过表１数据分析可知，无论　轴和Ｊ，轴的变化值多大，它与环境温度的变化基本上是　

一根按一定系数变化的斜线（见图３）。

　第１期　方少非：加工中，Ｏ￣ＨＩ精度与温度补偿的应用　

。Ｃ　ｄＹ　

图３热变形曲线　

是否可以通过按比例的补偿来消除温度产生的热变形呢？　

４　ＤＭＧ机床温度补偿　。Ｃ　

４．１机床介绍　ＤＭＧ立式加工中心于２００７年购买，采用西门子８４０Ｄ数控系统，主轴采用ＳＫ４０刀柄，　

转速范围：２０－－８０００／ｍｉｎ。该设备行程　轴１０３５　ｍｍ、Ｙ轴５６０　ｎｑｌｎ、Ｚ轴５ｌ０　ｍｍ。空行程速　

度３０　ｍ／ｍｉｎ，进给速度最高２００００　ｍｍ／ｍｉｎ。　

４．２存在问题说明　通过查阅各类资料，８４０Ｄ数控系统自带温度补偿功能，８４０Ｄ数控系统提供了３个机床参　

数：ＳＤ４３９００（ＴＥＭＰ　ＣＯＭＰ　ＡＢＳ　位置无关温度补偿值．ＶＡＬＵＥ）　；ＳＤ４３９１０（ＴＥＩｖｌＰ　ＣＯＭＰ　ＳＬＯＰ）　位置相关温度补偿系数；ＳＤ４３９２０（ＴＥＭＰ＿ＣＯＭＰ＿ＲＥＦ＿ＰＯＳＩＴＩＯＮ）位置相关温度补偿参考位　

置。同时８４０Ｄ数控系统通过参数ＭＤ３２７５０（ＴＥＭＰ　ＣＯＭＰ　Ｅ）的设置还提供了３种温度补　偿方式，分别是ＭＤ３２７５０＝０时，温度补偿失效；ＭＤ３２７５０＝１时，位置无关温度补偿方式生　

效：ＭＤ３２７５０＝２时，位置相关温度补偿方式生效。　

在查看机床参数时发现，ＤＭＧ１０３５Ｖ立加的ｚ轴在出厂时就已经使用了温度补偿。ｚ轴　的ＭＤ３２７５０为ｌ，使用的是位置无关温度补偿方式。尝试将】，轴和Ｘ轴的ＭＤ３２７５０参数置　

ｌ，然而在ｙ轴和　轴的ＳＤ４３９００（ＴＥＭＰ　ＣＯＭＰ　ＡＢＳ　ＶＡＬＵＥ）中的温度补偿值仍然为０。为　

解决该问题，咨询了ＤＭＧ　公司的相关服务部门，得到的回答是　轴和ｙ轴控制单元上没有　

安装温度传感器，因此该参数无效。就算安装相应的温度传感器也需要对　轴和】，轴的控制　

单元进行ＰＬＣ编程，导入温度补偿公式，并读取温度传感器数据进行运算后输出至　

ＳＤ４３９００（ＴＥＭＰ＿ＣＯＭＰ＿ＡＢＳ一　ＬＵＥ）。　４．３解决方法　

方案一：安装相应的温度传感器，对相应的　轴和ｊ，轴的ＰＬＣ控制单元进行编程，使相　

应的ＳＤ４３９００（ＴＥＭＰ　温度补偿值生效。该方法的优点是独立温度传感器．ＣＯＭＰ　ＡＢＳ　ＶＡＬＵＥ）　温度读取精确。缺点是需要拆卸设备，查找电器图纸，购买温度传感器。　

方案二：使用已有的Ｚ轴温度传感器，对相应的　轴和】，轴的ＰＬＣ控制单元进行编程，　

使相应的ＳＤ４３９００（ＴＥＭＰ　度补偿值生效。该方法的优点是不需要购买．ＣＯＭＰ　ＡＢＳ．ＶＡＬＵＥ￣　和安装温度传感器。缺点是统一使用ｚ轴温度传感器可能存在一定的温度温差，但考虑到设　

备整体的温差应该处在一个相对稳定的区间，因此该误差不会造成太大影响。

　・３６・　汽齿科技　

方案三：直接使用ｚ轴的温度补偿值，将其赋值给　轴和】，轴的ＰＬＣ控制单元，相应的　ＳＤ４３９００（ＴＥＭＰ　度补偿数值完全一致。该方法的优点是几乎不需要进．ＣＯＭＰ　ＡＢＳ＿ＶＡＬＵＥ）￣　行ＰＬＣ控制单元的编程，完全不需要了解温度补偿的公式（ｚ轴本身就是依据温度补偿公式　

计算的）。缺点是补偿值偏差大，过补或少补。　

方案四：使用ｚ轴的温度补偿值，但将其赋值给　轴和ｙ轴的ＰＬＣ控制单元时分别乘上　

不同的系数，相应的ＳＤ４３９００（ＴＥＭＰ　ＣＯＭＰ　ＡＢＳ　度补偿数值根据系数的不同可以，ＶＡＬＵＥ）￣　进行调整。该方法的优点是几乎不需要进行ＰＬＣ控制单元的编程，完全不需要了解温度补偿　

的公式（采用不同的系数就可以调整其斜率），补偿值偏差可调，不会过补或少补。　

综合上述方案，最终选用方案四请机修组的电器工程师对　轴和ｙ轴控制器进行调整。　

５试验分析　

通过几次调整，最终确定的系数为　轴Ｏ．１５，Ｙ轴ｌ－３。　

表２　

温度　轴　ｙ轴　对应位置度　２２．Ｏ　０　Ｏ　Ｏ　２２．５　Ｏ　Ｏ．００２　０．ｏ０４　２３．Ｏ　Ｏ　０．０ｏｌ　Ｏ．００２　２３．５　０　０．ｏｏｌ　Ｏ．ｏ０２　２４．０　Ｏ．０ｏｌ　—Ｏ．０ｏｌ　０．００２８２８　２４．５　Ｏ　Ｏ．０ｏ２　０．００４　２５．Ｏ　０　Ｏ．ｏｏ４　０．ｏ０８　２５．５　Ｏ　０．ｏ０ｌ　０．００２　２６．Ｏ　－Ｏ．０ｏ１　Ｏ．０ｏ３　Ｏ．ｏｏ６３２５　２６．６　０　Ｏ．００２　０．００４　２７．Ｏ　Ｏ　．Ｏ．０ｏｌ　・　Ｏ．００２　２７．５　Ｏ．０ｏ１　０．ｏｏ２　０．００４４７２　２８．Ｏ　０　Ｏ．ｏｏ３　Ｏ．ｏ０６　

６总　结　

对于半闭环数控系统来说，数控机床因温度造成的热变形量误差主要由传动轴的丝杠引　

起，而对于闭环系统数控机床因温度造成的热变形量误差主要由光栅尺引起的，其误差量的　

大小由光栅尺的结构、材料和安装方式决定。　

在ＤＭＧ１０３５Ｖ立加的　轴上安装　轴，可以回转　轴进行翻面的加工。假设没有采用温　

度补偿时，　轴不进行温度补偿对于位置度几乎没有影响，因为短时间内　轴方向上的热变形　

量在Ａ轴任意角度的误差方向和量是一致的。但在ｙ轴方向上因为　轴的旋转，ｙ轴方向上　的热变形量的误差方向就完全相反，对于产品的位置度误差影响是４倍的关系。　

通过温度补偿基本上消除了ＤＭＧ１０３５Ｖ设备因温度引起的加工精度误差，完全满足了新　

产品开发的加工工艺要求，能够更高效的完成产品开发和调试过程，避免了温度影响产生的　

产品尺寸波动。

　第ｌ期　方少非：加工中心加１二精度与温度补偿的应用　

图４　

同时对丁其他类型的卧式加ｌＪ　中心在箱体类零件加　ｌ：时经常遇到的同轴度不稳定的因素　也找到了最直接的原因。卧式加工中心是用　轴旋转进行同轴加工，因此，　轴方向上的热变　

形也就是影响同轴度的最根本原因，也可以通过温度补偿的方法进行修正和消除。

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数控机床精度误差分析与补偿方法

数控机床精度误差分析与补偿方法

数控机床精度误差分析与补偿方法

【摘要】数控机床的精度作为机床最重要的技术指标，受到多方面因素的影响。本文从多个方面分析了影响数控机床精度误差大小的各种原因，并针对各种误差出现的具体情况提出了有针对性的补偿方法。对数控机床进行误差补偿后，能够有效的改善数控机床的定位精度和加工精度，使机床满足制造企业对加工精度的要求。

【关键词】数控机床；精度补偿；反向间隙补偿；螺距补偿；温度补偿

随着自动控制理论、计算机、微电子技术的不断发展，数控机床在上世纪80年代迅速发展，并以其自动化程度高、生产效率高、加工精度高等优点在现代制造加工业中得到广泛应用。随着制造企业对加工精度要求的不断提升，精度指标成为衡量数控机床性能优劣的最重要指标。

数控机床精度的高低是以误差大小来进行衡量的。机床的精度变差、误差增大一般情况下是由于在使用过程中机械部分的磨损、机床测量系统误差、或者是温度的变化等造成的。出现这些情况后就会引起机床加工出工件的实际尺寸偏离理想的几何尺寸，这就需要我们对机床进行调整并进行精度误差的补偿。

在数控系统中提供了多种提高机床精度的补偿功能，供工程师在对机床进行调整时选用。通常情况经常被使用的补偿方式有：

一、反向间隙补偿

在数控机床的传动系统中，伺服电机与丝杠之间通常情况下会采用直连、同步带传动、齿轮传动等三种方式进行连接传动。而齿轮、滚珠丝杠、螺母等均存在反向间隙，这种反向间隙的存在就会造成在机床工作台发生反向运动时，伺服电机空转而工作台没有发生实际的运动，或者伺服电机带动机械部分发生了运动而测量装置没有检测到位移。对于数控机床来说反向间隙将会影响到机床的定位精度和重复定位精度，从而影响到加工产品的精度。这就需要数控系统提供反向间隙的软件补偿功能，以便对机床的反向间隙进行补偿，减小其对机床精度的影响，提高加工零件的精度。往往随着数控机床使用时间的增长，反向间隙还会因机械部分磨损而逐渐增大，因此需要定期对数控机床各坐标轴的反向间隙进行测定和补偿。而反向间隙的补偿又可分为正方向补偿和负方向补偿两种：

立式数控加工中心的加工精度测试和校正方法

立式数控加工中心的加工精度测试和校正方法

立式数控加工中心的加工精度测试和校正方法

立式数控加工中心是一种高精度加工设备，可广泛应用于模具制造、零部件加工等领域。为了保证加工质量和达到客户的要求，对立式数控加工中心的加工精度进行测试和校正是非常重要的。本文将介绍立式数控加工中心常用的加工精度测试和校正方法。

一、加工精度测试方法

1. 几何形状测试：通过测量加工件上的几何形状参数来评估加工精度。常见的几何形状测试包括直线度、平面度、圆度等。测试时可使用检测仪器如三坐标测量仪、分度头等进行测量，将测量结果与设计要求进行比对，以评判加工精度。

2. 位置精度测试：通过检测加工件上各个位置的实际坐标与设计坐标的差异来评估加工精度。可以使用激光干涉仪、光栅尺等精密测量仪器进行测试。测试时需要在不同的位置进行测量，并记录下实际坐标进行比对，从而得出数控加工中心的位置精度。

3. 重复定位精度测试：重复定位精度是指数控加工中心在多次定位后，返回到同一位置的精度。测试时可在数控加工中心上设定多个不同的定位点，通过重复加工和测量来判断数控加工中心的重复定位精度。

二、加工精度校正方法

1. 机械传动系统校正：数控加工中心的机械传动系统包括滚珠丝杠、导轨等。当机械传动系统出现松动、磨损等情况时，会影响加工精度。校正方法包括检查和更换滚珠丝杠、导轨等部件，调整机械传动系统的松紧度，以保证加工精度。 2. 误差补偿校正：数控加工中心的误差主要是由数控系统计算和机床本身的误差所引起的。校正方法包括输入补偿、输出补偿和补偿表校正。输入补偿指的是根据测量结果进行修正的输入数据，输出补偿是通过调整机床系统的输出信号来校正加工误差，补偿表校正是根据测量结果进行数值调整。

3. 温度校正：温度变化会引起机床结构的膨胀和松动，从而影响加工精度。温度校正方法包括测量机床各部分温度的变化，并根据测量结果进行相应的调整，以保证加工精度。

总之，为了保证立式数控加工中心的加工精度，我们需要经常进行加工精度的测试和校正。通过几何形状、位置精度和重复定位精度的测试，我们可以评估数控加工中心的加工精度。而机械传动系统的校正、误差补偿校正和温度校正等方法可以帮助我们保持机床的精度稳定。只有保持加工精度的稳定和提高，我们才能满足客户的需求，提升企业的竞争力。

数控机床误差测量与实时智能补偿关键技术及应用

数控机床误差测量与实时智能补偿关键技术及应用

数控机床误差测量与实时智能补偿关键技术及应用

随着工程制造业的发展，数控机床逐渐取代了传统的机床，成为了高效精密加工的主力军。然而，由于数控机床存在着系统误差、尺寸误差等问题，导致加工精度不尽如人意。为了解决这些问题，数控机床误差测量与实时智能补偿技术应运而生。

数控机床误差测量是指通过对数控机床加工过程中存在的误差进行精确测量和分析，找出误差的来源及其大小，并将其量化，以便进一步进行补偿。通常，数控机床误差可以分为几种类型，如基础误差、运动误差、非线性误差等。针对不同的误差类型，可以采用不同的测量方法，如激光干涉、摆角测量、位移传感器等。

数控机床实时智能补偿是指在加工过程中实时检测误差，并通过计算机智能算法进行补偿，以提高加工精度和加工效率。实时智能补偿主要包括两种方法：一种是反馈补偿，即将误差进行反馈并进行补偿；另一种是前馈补偿，即预测误差并在中途进行补偿，以减小实际误差。

数控机床误差测量与实时智能补偿技术已经得到了广泛的应用，其主要作用有以下几点：首先，可以提高数控机床的加工精度和加工效率，从而提高产品的质量；其次，可以减少废品率，降低生产成本；第三，可以提高数控机床的稳定性和可靠性，从而延长设备的使用寿命。

总之，数控机床误差测量与实时智能补偿技术是数控机床加工领域中的关键技术之一，其应用前景十分广阔。随着技术的不断发展和完善，相信它将为工程制造业的发展做出更大的贡献。

数控机床空间误差补偿与应用

数控机床空间误差补偿与应用

数控机床空间误差补偿与应用

摘要

数控机床精度要求的不断提升，逐渐向精密加工发展，因此从对数控机床精度提升角度进行研究，分析了三轴数控机床的各个直线轴误差及三个轴线之间的空间误差关系，对几种误差补偿方法进行综合分析。从空间误差补偿的角度研究对机床精度的提升，对空间中三个轴线之间的本身误差以及它们之间的误差进行补偿，从空间三维多角度保证机床的精度，同时也是对补偿方法的应用及验证。

关键词：误差；精度；空间误差；误差补偿

引言

对于数控机床这种基础制造工程技术的发展伴随而来的就是对加工精度要求逐渐由粗加工到精加工再到超精密加工的过程，在这个过程中数控机床的精度发展技术对精密以及超级精密加工尤为重要，通过减少单动环节增加联动过程的误差减小来确保精度的精密程度以及可靠运行的过程。之所以被称为精密或者超精密加工这都跟工作母机即能达到精细精度的数控机床有着千丝万缕的关系，甚至可以说精密的数控机床决定了加工工件的精密程度等级。在以往的精密加工过程中往往通过数控机床的装配原件的基准实现，这样的机床生产过程所需时间之长，产量低，从而影响精密技术的发展脚步。在加工中出现的误差难以避免并消除，通过提升机床装配部件精度的方法不能一直持续进行，因为这种提升程度有限，到一定程度之后就难以进步。自动化控制技术以及软件技术的飞跃发展，能逐步实现通过微小的进给位移消除在加工过程中产生的误差，从而实现精密加工的保证。现代的误差补偿技术大多都是随着数控机床的控制系统而进步，不同的数控系统虽然对误差的计算方法及补偿的原理不同，但能实现的效果却是一致的，误差补偿技术的不断持续发展，从多方面补充了因机床元件到达一定程度之后对精度提升没有效果的不足。做好误差补偿工作对机床精度提升有重要的作用，也是对提升我国工业基础的关键技术，可以减少硬件投入的资金，增强装备制造的能力的重要环节。

1 空间误差分类与定义

1.1轴线误差

机床X、Y、Z轴运动时，分别产生6项基本误差及三项垂直度误差。图1-1列出了数控机床各项几何误差参数的表示及其几何意义。机床空间误差元素21项：1）沿X轴移动时，线性位移误差δx(x)、Y向直线度误差δy (x)、Z向直线度误差δz (x)、滚转误差εx (x)、偏摆误差εy (x)和俯仰误差εz (x) ；2）沿Y轴移动时，同理有δy (y)、δx (y)、δz (y)、εy (y)、εz (y)和εx (y)；3）沿Z轴移动时，有δz (z)、δx (z)、δy (z)、εz (z)、εy (z)和εx (z)；4）X轴与Y轴间、X轴与Z轴间和Y轴与Z轴间的3个垂直度误差Sxy、Szx、Syz 。