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数控机床的误差分析及补偿方法

数控机床的精度是机床性能的一项重要指标，它是影响工件精度的

重要因素。那误差的差源有哪些呢?补偿的方法是什么?YJBYS小编为

你解答如下!

?数控机床的精度可分为静态精度和动态精度。静态精度是在不切

削的状态下进行检测，它包括机床的几何精度和定位精度两项内容，反

映的是机床的原始精度。而动态精度是指机床在实际切削加工条件下加

工的工件所达到的精度。

?机床精度的高低是以误差的大小来衡量的。数控机床的生产者与

使用者对数控机床精度要求的侧重点不同，机床生产者要保证工件的加

工精度是很困难的，一般只能保证机床出厂时的原始制造精度。而机床

使用者只对数控机床的加工精度感兴趣，追求的是工件加工后的成形精

度。

?数控机床误差源分析

?根据对加工精度的影响情况，可将影响数控机床加工精度的误差

源分为以下几类。

?1)机床的原始制造精度产生的误差。

?2)机床的控制系统性能产生的误差。

?3)热变形带来的误差。

?4)切削力产生的让刀误差。

?5)机床的振动误差。

?6)检测系统的测量误差。

?7)外界干扰引起的随机误差。

?8)其他误差。

?误差补偿方法

?提高数控机床精度有两条途径：其一是误差预防;其二是误差补

偿。误差预防也称为精度设计，是试图通过设计和制造途径消除可能的

误差源。单纯采用误差预防的方法来提高机床的加工精度是十分困难

的，而必须辅以误差补偿的策略。

?误差补偿一般是采用误差建模-检测-补偿的方法来抵消既存的误

差。误差补偿的类型按其特征可分为实时与非实时误差补偿、硬件补偿

与软件补偿和静态补偿与动态补偿。

?1)实时与非实时误差补偿

?如数控机床的闭环位置反馈控制系统，就采用了实时误差补偿技

术。非实时误差补偿其误差的检测与补偿是分离的。一般来说，非实时

误差补偿只能补偿系统误差部分，实时误差补偿不仅补偿系统误差，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。只有制造超高精度机床时，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。硬件补偿是采用机械的方法，来改变机床的加工刀具与

工件的相对位置达到加工误差补偿的目的。与利用计算机的软件补偿相

比，此方法显得十分笨拙，要改变补偿量，需改制凸轮、校正尺邓补偿

装置，或至少得重新调整，很不方便。再者，这种方法对局部误差(短

周期误差)一般无法补偿。

?软件补偿是通过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。

采用软件补偿方法，可在不对机床的机械部分做任何改变的情况下，使

其总体精度和加工精度显著提高。软件补偿具有很好的柔性，用于补偿

的误差模型参数或者补偿曲线可随机床加工的具体情况而改变，这样在

机床的长期使用中，只要实时对机床进行误差标定，修改用于软件补偿

的参数，就可使数控机床的加工精度多次再生。

?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。

这种方法也叫综合动态误差补偿法，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。

?相关阅读：数控机床齿隙补偿的原理

?齿隙补偿也称反向间隙补偿。在数控机床上，由于各坐标轴进给

传动链上驱动部件(如伺服电机、伺服液压马达和步进电机等)的反向死

区、各机械运动传动副的反向间隙等误差的存在，造成各坐标轴在运动

反向时形成反向偏差。由于齿隙的存在，在开环系统中会造成进给运动

的实际位移值滞后于指令值;当运动反向时，会出现反向死区，从而影

响定位精度和加工精度。在闭环系统中，由于有反馈功能，滞后量虽可

得到补偿，但反向时会使伺服系统产生振荡而不稳定。

?为解决这一问题，可先采取调整和预紧的方法，减少间隙。而对

于剩余间隙，在半闭环系统中可将其值测出，作为参数输入数控系统，

则此后每当坐标轴接收到反向指令时，数控系统