数控机床定位精度的补偿方法简述

北京亚崴技术服务有限责任公司 路宝新

由于机械电子技术的飞速发展，数控机床做为一种高精度、高效率、稳定性强的自动化加工装备，已经成为机械行业必不可少的现代化技术装置。数控机床的定位精度是影响其高精度性能的一个重要方面，因而也是数控机床验收时的一个重要项目。利用数控系统的螺距误差补偿功能进行调整，可以大大提高数控机床的定位精度，而电气控制系统不同，其定位精度的补偿方法也不尽相同，本文将以FANUC-0系统和SIEMENS-880系统为例，简单介绍数控系统螺距误差补偿的方法。

螺距误差补偿这项工作应该是在机床几何精度(床身水平、平行度、垂直度等)调整完成后进行的，这样可以尽量减少几何精度对定位精度的影响。另外，进行螺距误差补偿时应使用高精度的检测仪器(如激光干涉仪)，这样可以先测量再补偿，补偿后再测量，并按照相应的分析标准(如VDI3441、JIS6330、GB10931-89等)对测量数据进行分析，直到达到机床对定位精度的要求范围。

机床的螺距误差补偿功能包括线性轴和旋转轴两种方式，分别可以对直线轴和旋转工作台的定位精度进行补偿。但有一点需要注意，就是在补偿旋转轴时应注意：在0°～360°之间各补偿点的补偿值总和应为0，以使0°和360°的绝对位置保持一致，否则旋转轴旋转角度每超过360°一次，就产生一次累积误差，从而影响机床的加工精度。另外，螺距误差补偿功能的实现方法又有增量型和绝对型之分。所谓补偿就是指通过特定方法对机床的控制参数进行调整，其参数调整方法也依各数控系统不同而各有差异。所谓增量型是指以被补偿轴上相领两上补偿点间的误差差值为依据来进行补偿，而绝对型是指以被补偿轴上各个补偿点的绝对误差值为依据来进行补偿。

FANUC-0数控系统的螺距误差补偿功能是一种增量型补偿方法，FANUC-0数控系统与螺距误差补偿功能有关的参数如下：

PML2S和PML1S的含义与PML2和PML1相同，它对第5、第6轴有效。设定的补偿值乘以此倍率即 为应补偿的误差值。PML2和PML1的组合决定误差补偿倍率，它对X、Y、Z和第四轴有效。

BKLX、BKLY、BKLZ，BKL4～BKL8依次为X、Y、Z和第4～第8轴的反向间隙补偿量，其设定范围为0～2550(检测单位)

8000～99999999   （单位：0.001mm）PRSX、PRSY、PRSZ和PRS4～PRS6依次为X、Y、Z和第4～第6轴的各螺距误差补偿点间的距离 。其设定范围为：

4000～99999999（单位：0.0001inch）

FANUC-0M系统要求机床各轴的机械坐标参数考点必须是一个补偿点，PECORGX、PECORGY、PE CORGZ和PECORG4～PECORG6依次为X、Y、Z和第4～第6轴的螺距误差补偿零点的编号。

例：某机床X轴(线性轴)行程为-1000mm到0mm，机床参考点设在0mm处。设定螺距误差补偿基准点编号为20(即参数1000=20，也就是说设定机床参考点在参数1021处)，螺距误差补偿间隔为100mm(即参数712=100000)，补偿倍率为1(即参数11位0=0,11位1=0)。FANUC-0M系统规定各第一号补偿点应在各轴负方向最远端，即补偿点的编号从最负端开始，逐一向正方向编号。各补偿点补偿值的设定范围为-7～+7。

在机床行程负方向补偿点号为：

螺距误差补偿点基准编号-(机床在负方向行程/螺距误差补偿间隔)+1=20-(1000/100)+1=11

在机床行程正方向补偿点号为：

螺距误差补偿点基准编号+(机床在正方向行程/螺距误差补偿间隔)+1=20+(0/100)+1=21

机床坐标与补偿点号对应关系如下：

机床坐标mm - 1000 - 900 - 800 ～ - 300 - 200 - 100 0

补偿点号 1011 1012 1013 ～ 1018 1019 1020 1021

如果各点误差值如下：

-1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0

-3 -5 -2 0 2 3 1 4 2 -1 0

则各点补偿值如下：

1011 1012 1013 1014 1015 1016 1017 1018 1019 1020 1021

-2 3 2 2 1 -2 3 -2 -3 1 0

SIEMENS-880数控系统的螺距误差补偿功能也是一种增量型补偿方法，其补偿方法与FANUC-0 数控系统略有不同。FANUC-0系统只能进行单方向补偿，而SIEMENS-880系统可以按运行方向进行双向补偿，两个方向的补偿参数分别设定。FANUC-0系统的补偿倍率为1、2、4、8，各点补偿值范围为-7～+7，故各点可补偿的误差范围为-56～+56μm，各点可不同；而SIEMENS-880系统的补偿倍率(即补偿当量)为0～100，但各点要么不补，要么补一个正的当量，要么补一个负的当量，故各点可补偿的误差范围为-100～+100μm，但补偿当量在同一轴内必须相同。

SIEMENS-880数控系统的螺距误差补偿功能相关参数只有在电源重开及参考点返回之后才能生效，具体参数含义如下：(*代表各轴轴号，0：X轴，1：Y轴，2：Z轴，等等)

NC MD220*背隙补偿值。设定范围：-255～+255μm。

NCMD316*正方向补偿指针，设定范围：0～249(第一伺服CPU)指针是机械坐标参考点 对应的补偿点位置。

NC MD320*负方向补偿指针，设定范围：0～249(第一伺服CPU)

NC MD324*两个螺距误差补偿点间距，设定范围：0～32000μm。

NC MD328*补偿当量，即倍率，设定范围：0～100。

NC MD6000～6999螺距误差补偿点，具体分布如下：

6000～6249第一个伺服CPU的各轴。

6250～6499第二个伺服CPU的各轴。

6500～6749第三个伺服CPU的各轴。

6750～6999第四个伺服CPU的各轴。

表中：  -=0    +=1    No=0    Yes=1

每一个机床参数有8位，每两位是一个补偿点，所以每个参数可以设定四个补偿点，控制器内部规定只有最右边的点(位0和位1)能够被设定为参考点。例如：如果机床某一轴的参考点被设定在793号补偿点，则参考点对应的机床参数号=6000+(793-1)/4=6198 ，即机床参考点下在机床数据6198，所以机床数据3160下为6198-6000=198。另外，机床参考点的补偿值必须为0，其它点的补偿以参考点为依据。例：某机床X轴(线性轴)行程为-35 到205mm，机床参考点设在0mm处，补偿点间的距离为10mm，补偿当量为1μm。则在机床行程负方向补偿点个数为3，在机床行程正方向补偿点个数为20，加上参考点共24个。机床补偿参数设定如下：

NC MD3160=1

NC MD3200=1(正反方向补偿曲线重合)

NC MD3240=10000

NC MD3280=1

机床坐标与补偿点号对应关系如下：

另外，SIEMENS-840D数控系统螺距误差补偿采用绝对型补偿方法，可以通过执行程序来设定补偿数据，方法直观但操作步骤比较繁琐。MITSUBISHI数控系统螺距误差补偿可以通过参数设置来选择使用增量型还是绝对型补偿方法，具体补偿方法可参照MITSUBISHI系统说明书。