我国数控机床几何误差的补偿分析

行补偿 。但需要 一整套完 整的高精度测量装置和其它相关 的 设备， 成本太高， 经济效益不好 。 系统误差补偿是用相应 的仪器
预先对机床进 行检测， 即通 过“ 线测量 ” 到机床工作 空 间 离 得
床、 刀具、 工件和夹具变形所导致的误差 。 这种误差又称 为“ 让 刀” ， 它造成加工零件的形状畸变 ， 当加工薄壁工件或使 用 尤其
这类传感器为 电喷控制 电脑 Ｅ Ｕ提供 了最基 本的参考信号 ， Ｃ
是电控发动机最为重要的传感元件。 （） １ 电阻检测。关闭点火开关 ， 拆下 曲轴位置传感器 的导 线连接器 ，用欧姆表分别 测试 Ｇ１Ｇ 、 ｅ Ｇ 、 ２ Ｎ 与 一端子 间的电 阻值 ， 正常 阻值 一般应在 ９ ０—１５ ｎ 之 间 ， ５ ２０ 反之 ， 应更换 传
一
（） ２ 检查气 隙。取下分电器盖 ， 转动分 电器轴 ， 测量 Ｇ转
子与 Ｎ 转子 与感应 线圈磁头对 正时 的气 隙 ， 值为 Ｏ — ｅ 标准 ． ２ ０ ｍ 如不符合标准值 ， 整或更换 曲轴位置传感器 。 ． ｍ， ４ 应调 （ ） 动分 电器轴 ， ３转 不应松 旷 ， 否则将影响输 出信号 的准
传感器端子 Ｇ 与 Ｇ Ｇ １ 、 ２与 Ｇ、 ｅ Ｇ间电压值 ， 动分电器 Ｎ与 转 轴， 测试万用表都应有脉冲电压产生（ ０～２ Ｖ之间 ） 。这时 ， 说
三次 。 ④如果爆震传器有故障 ， 时驾驶室 内的发动机故 障指 此
示灯将 闪亮。 （） ２ 电阻检查 。在关 闭点火 开关 的情况下 ， 拆下爆震传感 器 的导线 连接 器 ，用万用表 电阻挡测量传感器信号端子 与外 壳 间的电阻值 ， 正常时应不导通 ， 为无 限大 ； 若导通 ， 则说 明其 内部 有短路故 障 ， 应更换之 。
以下几种方法：
（） ５ 机床的振动误差 。在切 削加 工时， 数控机床 由于工艺 的柔性 和工 序的多变，其运行状态有更大 的可能性落 入不 稳 定 区域， 而激起强烈 的颤振 。 从 导致加工工件的表面质量恶化
和几何形状误差 。
上面 的误 差可按照误 差的特点和性质 ， 归为两 大类： 即系 统误差和随机误差。数控 机床 的系统误差是机床本身 固有 的 误差， 具有可重复性 。 数控机床的几何误差 是其主要 组成部分， 也具有可重复性 。 利用该 特性 ， 可对其进行 “ 离线测量”可采用 ， “ 离线检 测——开环补偿 ” 的技术来 加 以修 正和补偿 ， 减 使其
（） １单项误差合成补偿法。 这种补偿方法是 以误差合成公
式为理论依据， 首先通过直接测量法测得机床的各项单项原
始 误差值， 差合成公式计算 补偿点 的误 差分量， 而实现 由误 从 对机床 的误差补偿 。对三坐标测量机进行位置误差测量的当 属 Ｌｅｅ 运用三角几何关系，推导 出了机床 各坐标轴误差的 ｅｔ， 表示方 法， 没有 考虑转角 的影响 。较早进行误差补偿 的应是 Ｈｏｋｎ 授。 ｃ ｅ 教 针对型号 Ｍ ｏ － （ 的三坐标测量机， ｌ 小 ｏｒ ５ Ｚ１ ｅ ） 在 ６ 时内， 测量 了工作空 间内大量 的点的误差， （ 在 下转第 １９页） １
明传感器产生信号正 常， 否则说明传感 器损坏应更换之 。
４ 节气 门位 置传 感器
为 了将驾驶员 的控制动作或意志能正确地反馈到控制 电 脑 ，以便控制 电脑 Ｅ Ｕ能 适时对各控制单 元实施 良好的控 Ｃ 制， 以达到人 的驾驶愿望与发动机较好地匹配。 因此 电子控制 燃油喷射发动机 中， 专门设有驾驶 控制传感 器 ， 即节气门位置 传感 器 。 该传 感器 的检测 也很重要 ， 出现 问题 ， 若 将使 发动
精度 的影 响， 该方法 对测量 仪器 、 测量 环境要 求严 格， 难于推
１ 几 何误差 产 生的原 因
普遍认 为数控机床 的几何误差 由以下几方面原因引起：
广。
（） １机床的原始制造误差 。 是指 由组成机床各部件工作表 面的几何形状 、 表面质量、 相互之间 的位置误差所引起 的机床 运动误差， 是数控机床几何误差产生 的主要原 因。 （） ２ 机床 的控制系统误差 。包括 机床轴系 的伺服误 差（ 轮 廓跟 随误差） ， 数控插补算法误差。 （） ３热变形 误差 。 由于机床 的内部热源和环境热扰动导致
感器 。
况 ； 关闭节气 门 ， 时怠速节气 门位 置端子“ Ｌ （ ＩＬ ② 此 Ｉ ”即“ ” Ｄ Ｄ 与“ Ｃ 或“ ” 间） Ｖ ” Ｅ之 应导通 ； 开节气门（ ③打 全开或接 近全 开 ） 时， 大负荷节气 门位置端子 “Ｓ （ Ｐｗ” Ｖ ” “ ” Ｐｗ” 即“ｓ 与“ Ｃ 或 Ｅ 之 间） 应导通 ； 当节气 门处 于其 它位 置时（ ④ 最好 在小 于 ５％时 ０ 测量） ， 号端子都应不导通 。 两信 若检测结果 与上述要求不一致 ，则应调整或更换节气 门 位 置传感 器。传感检测方法 的应用为汽车发动机 的故障诊断 提供 了新 的途径 ， 弥补了传统诊 断方法 的诸 多不足 ， 但各种单
确性 ， 若松 旷严重 ， 应更换分电器总成。
的智能故 障诊断技术都有各 自的优缺点 ，难 以满足复杂诊 断问题 的全部要求 ，将多种不 同的技术结合起来 的混合诊断
系统可 以克 服单种诊 断方法 的不足 ，将各种诊断方法的优势
（） ４ 电压检测。 关闭点火开关 ， 拔下传感器导线连接器 ， 去
ｃ ｍ ｐ ｎ ａｉ ｎ ｏ ｅ ｓ ｔｏ
Ｌ Ｐｅ ｇ ｒ ｉ ／ ｎ － ｕ ’
（ｉ ｕｎ ｄｏＳ ｏｇｎ ｈ ｎｂｉｍ ｃ ａ ｉ ｌ ｉ ｔ ｉ ｉｔ ｃｍ ａｙ ｕ ｉ ｅ ｅ Ｏ ６ ３ １ Ｃ ｉａ Ｑｎ ａｇ ａ ｈｕａ ｇＣ ａｇ ａ ｅ ｈｎｃ ｍｉｄ ｌ ｂｌｙ ｏ ｐ ｎ，Ｆ ｎｎ Ｈ ｂ ｉ ６ １ ，ｈｎ） ｈ ａ ｌ ｅ ａ ｉ ｇ
文章编号 ：０ ７ ８ ２ （Ｏ ２０ — １ ７ ０ １ ０— ３０ ２ｓ ａ ｄ Ｄｉｃ ｓｏ ｎ Ｃｈ ｎ ａ ｙ ｉ ｎ ｓ ｕｓｉ ｎ ｏ ｉ ａ Ｓ ＣＮＣ ａ ｈ ｎ ｏ ｌ ｇ ｏ ｅ ｒｃ ｅ ｒ ｒ ｍ ｃ ｉ ｅ ｔ ｏ ｅ ｍ ｔ ｉ ｒ ｏ
细长刀具时， 这一误差更为严重 。
指令位 置的误差值， 把它们作为机床坐标 的函数 。 机床工作时， 根据加工点的坐标 ， 调出相应的误 差值 以进行修正 。 要求机床 的稳定 性要好， 机床误差的确定性， 于修正， 保证 以便 经补偿后 的机床精度 取决 于机 床的重复性 和环境条件变化 。数控机床 在正常情况下， 重复精度远 高于其空 间综合 误差， 系统误差 故 的补偿 可有效 的提高机床 的精度 ， 甚至可 以提高机床的精度 等级。 迄今为止， 国内外对系统误差 的补偿方法有很多， 可分为
摘
要： 文章对数控机床几何误 差产 生的原 因作 了比较详细的分析， 系统误差 的补偿方 法进行 了归纳， 此基 将 并在
础上 阐述 了各类误差补偿 方法的应 用场合， 为进一步 实现机床精度 的软升级打下基础。
关键词 ： 控机床 ； 数 几何 误 差 ； 差补 偿 误 中图分类号 ：Ｇ ０ ． Ｔ ５ ２１ 文献标 识码 ： Ａ
ｍｅｈ ｄ ｆｒｔｅｆｒ ｅ ｅ ｌ ａｉｎ ｏ ｈ ｃ ｉｅｐ ｅ ｉｉｎ ｌｙｔｅｆｕ ｄ ｔ ｎ ｏ ｈ ｏ ｐ ｒｄ ． ｔｏ ｏ ｈ ｕｔ ｒｒａｉ ｔ ｆｔｅ ｍａ ｈｎ ｒｃｓｏ ａ ｈ ｏ ｎ ａｉ ｆｔｅ ｓｆ ｕ ｇａ ｅ ｈ ｚ ｏ ｏ ｔ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ：Ｃ ｃ ｉｅ ｔ ｏｓ ｅ ｍｅｒｃ ｅｒ ｒ ｒｏ ｏ ｅ ｓ ｔ ｎ ｙ ｒ ｓ ＮＣ ｍａ ｈ ｎ ｏ ｌ；ｇ ｏ ｔ ｒｏ ，ｅｒ ｒ ｃ ｍｐ ｎ ａｉ ｉ ｏ
小， 达到机床精度强化 的 目的。 随机误差具有 随机性 ， 须采 用 必 “ 在线检测—— 闭环补偿 ” 的方 法来 消除随机误差对机床加 工
收稿 日期 ：０ ２ Ｏ — ４ ２ １一 １ １ 作者简 介： 李鹏瑞（ ９ ５ ）男 ， １ ８ 一 ， 河南洛 阳人 。 大学本科 ， 助理 工 程 师， 主要 研 究方 向 ： 械 设 计 制 造 。 机
第 ３ ９卷 第 ３期 ・ 术 掌
Ｖｏ１ Ｍ ａ ． ． ３９ ｒ３
湖
南
农
机
２０１ 年 ３ 月 ２
Ｍ ａｒ２０ １ ． ２
Ｈ ＵＮｇ Ａ Ｉ ＵＬ Ｒ Ｎ ＧＲＣ ＴＵ ＡＬ ＭＡ Ｈ ＮＥ Ｙ Ｃ Ｉ Ｒ
我 国数控 机床 几何误差 的补偿 分析
李鹏瑞
（ 皇岛市 首 钢长 白机械 有 限责任 公 司 ， 秦 河北 抚 宁 ０６１） ６ ３ １
第 ３ ９卷 第 ３期
曾华 娟 ： 于 帕 萨 特 发 动 机 故 障传 感 检 测 的研 究 关
１９ １
板， 使发动机 回到怠速状 态 ， 紧接着再快速踩 下加速踏 板 ， 又 使发 动机 加速到 ５０ ｒ ｉ， ０ ０／ ｎ 再突然松 开加速 踏板 ， ｍ 如此 重 复
掉分 电器盖 ， 万用表拨 到交 流电压挡 ， 将 用两只表笔分别 测试
机床 的结构热变形而产生 的误差 。 （） ４ 切削负荷造 成工艺系统 变形所导致 的误差 。包 括机
２ 几何 误 差补偿 技术
针对误差的不同类型， 实施误差补偿 可分为两大类 。随机 误差补偿 要求“ 在线测量 ”把误差 检测装 置直接安装 在机床 ， 上， 在机床工作 的同时， 时地测 出相 应位 置的误差值， 实 用此误 差值实时的对加工指令进行修正。随机误差补偿对机床 的误 差性质没有要求，能够 同时对机 床的随机误差和系统误差进
（ ） 出信号的 电压检测 。关闭点火开关 ， ３输 拔开爆震 传感
器 上的导线连接器。 启动发动机并怠速运转 ， 万用 表电压挡 用 检查爆震 传感 器的接线 端子 与搭铁 的电压 ，传感器 正常时应 有脉冲电压波形输出 ， 否则说 明传感器 已损坏 ， 应更 换。
机 电控部分不能正 常工作 ， 控制 电脑就不能在人与发动机工
况 之间起 到“ 桥梁” 的作用 。
３ 曲轴位 置传 感器
为了确保 电子控制燃油 喷射发动机 能适 时喷油点 火 ， 要 求控制电脑对汽车发动机内部的曲轴 、凸轮轴 以及某缸 活塞 所处 的位置加 以确定 ， 完成该项工作 的是发动机位置传感器 。
由于开关型节气 门位置传感器结构简单 ，其 内部仅相 当 于一个简单 的电位器 ， 因此它的故障往 往是 导通 与不导通 ， 故 单体检测应从 以下入手 ： ①关闭点火开关 ， 拔下节气门位置传 感器上 的导线连接器 ，用万用表欧姆挡测试各端子的通断 睛
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｈ ｒ ｃｅ ｃ ｕ ｅ ｈ ｅ ｍｅｒ ｌＯ￣ ｏ ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｅ ａ ｔ ｌ ａ ｓ ｓ ｔ ｅ ｇ ｏ ｔ ｃ ｅＴ ｌ ｆＣＮＣ ｍａ ｈ ｎ ｏ ｌ ｍａ ｅ ａ ｍｏ ｅ ｄ ｔｉ ｄ ａ ａｙ ｉ ｙ ｔｍ ｌｏ ｉ ｉ ｃ ｉ ｅ ｔ ｏｓ ｄ ｒ ｅａ ｌ ｎ ｌｓｓ ｓｅ ｅ ｒ ｒ ｅ ，ｓ ｃ ｍｐ ｎ ａｉ ｎ ｍｅ ｈ ｄ ｉ ｕ ｏ ｅ ｓ ｔ ｔｏ ｓ ｓ ｍｍａｉｅ ｎ ｌｂ ｒ ｔ ｄ ｏ ｈ ｓ ｂ ｓｓ ｈ ｐ ｌ ａｉ ｎ ｆ Ｖ Ｏ Ｉ ｔｐ ｓ ｏ ／ｏ ｏ ｅ ｓ ｔ ｎ ｏ ｒ ｄ ａ ｄ ｅ ａ ｏ ａ ｅ ｎ ｔｉ ａ ｉ ｚ ，ｔ ｅ ａ ｐ ｉ ｔ ｓ ｏ ￣ｉＬ ｙ ｅ ｆｅＴ ｒ ｃ ｍｐ ｎ ａ ｉ ｃ ｏ Ｓ ｏ