CNC数控机床（chuáng）补偿你知道多少？

机床具有的系统性的机械相关偏差，可以被系统记录，但由于存（cún）在温度或机械负载等环境因素，在后续使（shǐ）用过程中，偏差仍然（rán）可能出现或增加。在这些情（qíng）况下，SINUMERIK可以提供不同的补（bǔ）偿功能。使用实际位置编码器（如光栅）或额外的传感器（如激光干涉仪（yí）等）获得的测量值来补偿偏差，从而获得更佳的加工效果。本期给大家介（jiè）绍一下SINUMERIK常见的补偿功能，“CYCLE996 运动测量”等实用的SINUMERIK测量循（xún）环可在机（jī）床的持续监控与维护过程中为最终用户提供全面支持。

反向间隙补偿

在机床移动部件（jiàn）和其驱动部件，如滚珠丝（sī）杠，之间进行力的传递时会产生（shēng）间断或者延迟（chí），因为完全（quán）没有（yǒu）间隙（xì）的机械结构（gòu）会显著增加机床的磨损，而且从工（gōng）艺上讲也（yě）是难以实现的。机械间隙导致轴/主轴的运动路径与间接（jiē）测量系统的测量（liàng）值之间存在偏差。这意味着一旦方向改变，轴将移动得过远或过近，这取决于间隙的大小。工作台及其（qí）相关编码器也会受到影响：如果编码器（qì）位置（zhì）领先工作台，它提前到达指令位置（zhì）这意味着机床实际移动的距离缩短了。在机床运行，通过（guò）在相应轴上使用反（fǎn）向（xiàng）间隙补偿功能，在（zài）换向时，以（yǐ）前记录的偏（piān）差将（jiāng）自动激活，将以前记录的偏差叠加到实际（jì）位置值上。

丝杠螺（luó）距误差补（bǔ）偿

CNC控（kòng）制系统中间接测量的测量原理基于这样一个假设：即滚珠丝杠的螺距在有效行程内保持不变，因此在理论上，可以根据驱动电机的运动信息（xī）位置（zhì）推导出直线（xiàn）轴的实际位置。但（dàn）是，滚（gǔn）珠丝杠（gàng）的制造（zào）误差会导致测量系统产（chǎn）生偏差（又称丝杠（gàng）螺距误差）。测（cè）量偏差（取决于所用测量系统（tǒng））与测量系统在机床上（shàng）的安装误差（又称为测量系统误差）可能进一步（bù）加剧此问题。为了补偿（cháng）这两种误差，使可（kě）使用一套独立的测（cè）量系统（激光测量）测量CNC机床的（de）自然误差曲线，然后，将所需补偿值保存（cún）在CNC系统中进行补偿。

摩擦补偿（象限（xiàn）误差补偿）和动态摩擦（cā）补偿

象限误差补偿（又称为摩擦补偿）适合上述（shù）所有情况，以便在（zài）加工圆形轮廓时大幅提（tí）高轮廓精度。原因如下（xià）：在象限转换中，一个轴以最高进给速度（dù）移（yí）动，另一轴则静止（zhǐ）不动。因此，两（liǎng）轴的不同摩擦行为可能导致轮（lún）廓误差。象限误差补偿可有效地（dì）减小此误差并确保出色的加工效果。补偿脉冲（chōng）的密度可以根（gēn）据与加速度相关的特征曲线设置，而该特征曲线可通过圆度测试来确定和参数化。在圆度测试中，圆形轮廓（kuò）的实际（jì）位置和（hé）编程半径的（de）偏差（尤其在换向时）被量化的记录（lù）下来，并通过图（tú）形化显示在（zài）人机界面上。

在新版本的系统软件（jiàn）上，集（jí）成的动态摩（mó）擦补（bǔ）偿功能能够根据机床不同转速下的摩擦（cā）行为进行动（dòng）态补偿，减小实际加工轮廓误差，实现更高的控制精度。

垂度和（hé）角度误差补偿

如果各机床单个部件（jiàn）的重量会导致（zhì）活动部件位移和倾（qīng）斜，则需要进行垂度补偿，因为它会导致相关机床（chuáng）部分（包括（kuò）导向（xiàng）系统）下（xià）垂。角度误差补偿则用（yòng）于当移动轴没有（yǒu）以正确（què）的角（jiǎo）度互相（xiàng）对齐时（例如，垂直）。随着零点（diǎn）位置的偏移不断增加，位置误差也增加。这（zhè）两种误差均由机床的自重（chóng），或者刀具和工件重量所导致（zhì）。在调试时测得的补偿值被定量后按照相应的位（wèi）置以某（mǒu）种形（xíng）式（shì），如补偿表，存储（chǔ）在SINUMERIK中。在机床运行时，相关轴的位置根（gēn）据存储点的（de）补（bǔ）偿（cháng）值进行插补。对于每次（cì）连（lián）续路径移动，均存在基本轴与补偿轴。

温度补偿

热量可能导致机床各（gè）部分膨胀。膨胀范围取决于各机床部分的温度、导热（rè）率等。不同（tóng）温度可（kě）能导（dǎo）致各轴的实际位置发生变化，这会对加工（gōng）中（zhōng）的工件精度产生负面影响。这些实际值变化可以通过温度（dù）补偿抵消。各轴在不同温（wēn）度的误差曲线均可定（dìng）义。为（wéi）了始终正确补偿热胀，必须通过功能块不断从PLC向CNC控制系（xì）统（tǒng）重新传递温度补偿值、参考位置和线性梯度角参数。意外参数的变化会由控制系统（tǒng）自动消除，从而避免（miǎn）机（jī）床过载并激活监控（kòng）功能。

空间误差补偿系统（VCS）

回转轴的位置、它们的相互（hù）补偿以及刀具（jù）定向误差，可能导致转头和回转头等部件出现系统性几何误差。此外，每个机床中进给（gěi）轴的导向（xiàng）系统将出现小误差。对于线性轴，这些误（wù）差为（wéi）线性位置（zhì）误（wù）差；水平和垂直直线度误差；对（duì）于旋转轴，会产生俯仰角、偏航角和翻滚角误差。将机床组件相互（hù）对齐时，可能出现其他误差。例如，垂直误差。在三轴（zhóu）机床中，这意味着在（zài）刀尖（jiān）上可能会产生21项个几何误差：每个线（xiàn）性轴六个误差类型乘以三个轴，再加三个角度误差。这些偏（piān）差共同作用形成总误差，又称为空间误（wù）差。

空间误差描述了实际机床的刀具（jù）中点（TCP）位置与理想无误差机床（chuáng）的刀具中点位置的偏差。SINUMERIK解决方案（àn）合作伙伴能够借助激光（guāng）测量（liàng）设（shè）备确定空间误（wù）差。仅测量单个（gè）位置的误差（chà）是远（yuǎn）远（yuǎn）不够的，必（bì）须测量整（zhěng）个加工空间内的所有机（jī）床（chuáng）误差。通常需要记录所有位置（zhì）的测量值并绘成曲线，因为各误差（chà）大小取决于相关进（jìn）给轴的位置与测量位置。例（lì）如，当y轴与z轴处于不同（tóng）位置时，导致x轴产生的（de）偏（piān）差会不（bú）同——即使（shǐ）在x轴的几乎同一位置也（yě）会出现（xiàn）误差。借助“CYCLE996 –运（yùn）动测量”，只需几分钟即可确定回转轴误差。这意味着，可以不断检查机床的准确性，如果需要，即使在生产中，也可以校正准确性。

偏差补偿（动态前馈控制）

偏差指在机床轴运（yùn）动时（shí）位置控制器与标准的偏（piān）差。轴偏（piān）差为机床轴（zhóu）的（de）目标位置与其实际位置的差（chà）值。偏（piān）差导致与速度（dù）相关的不必要轮廓误差，尤（yóu）其在（zài）轮廓曲率变化时，如圆形、方形轮廓等。凭借零件程序中的NC高级语言（yán）命（mìng）令FFWON，在沿路径移动（dòng）时，可以（yǐ）将（jiāng）与速度相关的偏差减为零。通过前馈控制（zhì）提高路径（jìng）精度，从而获得更好的（de）加工效果。

FFWON: 启动前馈控制的命令

FFWOF: 关闭前馈（kuì）控（kòng）制的命令

电子配重补偿（cháng）

在极端情况（kuàng）下，为了防止轴（zhóu）下垂而对机床、刀具（jù）或（huò）工件造成（chéng）损（sǔn）坏（huài），可以激活电（diàn）子配重功（gōng）能。在没有机械或液压配重的负载轴中，一旦松开制动器，垂直轴会意外（wài）下垂。在激活（huó）电子配重后（hòu），可以补偿意外的（de）轴下垂。在松开制（zhì）动器（qì）后（hòu），靠恒定的平衡（héng）扭（niǔ）矩来保持下垂轴的位置。