数控机床误差补偿技术研究现状分析

纵观国内外，在有关人员的不懈努力下，数控机床误差补偿技术有了较快的发展。但从目前来看，在国外，数控机床误差实时补偿技术在工业中大批量应用的例子并不多，还没达到成熟的商业化程度。而在国内，误差实时补偿技术大部分还停留在实验室范围内，还未见生产厂家在批量数控机床上应用误差实时补偿技术的报道。这说明误差补偿理论和技术还有很大的余地可开发。目前，数控机床误差补偿技术的主要不足和难点如下。

1.误差补偿运动控制的实现

误差补偿是通过移动（对于四轴或四轴以上还需转动）机床的运动副以使刀具或工件在机床空间误差的逆方向上产生相对运动而实现的。误差补偿运动控制的实现除了要满足补偿精度外，还要满足实际应用的方便性和经济性，同时考虑到机床的动态误差及补偿的实时性。所以，对误差补偿运动控制实现的要求是精确性、实时性、经济性和方便性。从目前来看，补偿运动控制的实现可通过如下途径：

1）修改G代码补偿法，其不足是实时性差。

2）压电陶瓷制动补偿法，其不足是反应慢、刚度低。

3）开放式数控系统补偿法，其不足是绝大多数数控系统还未到开放程度。

4）数控系统内部参数调整补偿法，如螺距补偿、齿隙补偿、刀具补偿等，其不足是仅静态补偿。

5）原点偏移补偿法，其不足是受限于数控系统。

2.数控机床误差的综合建模和补偿问题(www.xing528.com)

目前，绝大多数的补偿将几何误差和热误差分开进行。但由于机床误差的复杂性，如定位误差等实质上既是几何误差（与机床坐标位置有关），又是热误差（与机床温度有关），所以将定位误差作为几何误差进行补偿是不恰当的。但实际上，这些误差在不同的温度下是变化的，故对这种既是几何误差又是热误差的复合误差（严格说，机床上的误差都与温度和力有关）要进行几何误差、热误差和力误差的综合建模和补偿。

3.机床误差检测和辨识时间过长问题

由于机床误差，特别是热误差取决于诸如室温、机床工况（主轴转速和进给速度等）、切削参数、切削液、加工周期等多种因素，而且机床热误差呈现非线性及交互作用，因此这种检测和辨识通常需要很长的时间。另外，由于机床上的误差元素众多，一般的激光测量仪测量，一次调整仅测得一项误差元素，如何高效快速地测量也是个必须解决的问题。

4.误差补偿模型的鲁棒性

在一个季节训练所得的误差补偿模型能否用于另一个季节，这是一个需要考虑的实际问题。这里，我们考虑的不是恒温的实验室，而是工厂的大车间，环境温度对机床本身温度场有着一定的影响。我们所进行的补偿研究表明，用目前使用的建模方法得出的热误差补偿模型随着季节的变化难以保持长期非常正确地预测热误差；相同类型、相同规格、相同使用时间、相同环境、相同切削条件的各机床，甚至同一机床不同时间获得的数据，得出的热误差模型之间也有差别，甚至差别很大，一般难以互相替代，从而造成在同型号批量机床补偿中模型众多，使得建模时间太长，管理难度太大。那么，能否创立一些超出传统和常规的全新建模方法，使得其建立起来的误差补偿模型能长期（经历一年四季各温度阶段）非常正确有效地预测和补偿机床误差呢？另外，一个误差数学模型能否在多台同型号机床补偿中使用？这些都对误差补偿模型的鲁棒性提出了更高的要求。

5.五轴数控机床多误差实时补偿问题

目前，国内外五轴数控机床补偿主要局限于几何误差的建模及补偿，而且在理论上讨论的比较多，真正实际的动态实时补偿的实施和应用实例还不多。而随着五轴数控机床的普遍使用，为获得更好的加工精度或补偿效果，五轴机床的多误差动态实时补偿及其应用必不可少。