基于PMAC数控系统的机床综合误差补偿研究

赵家黎，张体伟，吴丽媛

(兰州理工大学机电工程学院，甘肃 兰州730050)

作者简介：赵家黎（1980—），男，副教授，博士，主要研究领域为数控机床误差测量与补偿研究，jlzh@163.com.

摘要：在对数控机床加工过程中的误差进行测量、分析的基础上，建立了机床几何误差模型和热误差模型，进而得到机床的综合误差模型。基于PMAC开放式数控系统对数控机床的综合误差进行补偿。以CJK6032-2数控机床为例进行了补偿实验，结果表明，在PID控制作用下，基于PMAC开放式数控系统的综合误差实时性反馈补偿使数控机床的加工精度提高了90%以上。

关键词：可编程多轴运动控制器；数控机床；综合误差；误差补偿

中图分类号：TG659文献标识码：A文章编号：2095-509X(2019)09-0085-04

    提高机床加工精度的方法一般有误差防止法和误差补偿法［1］。与误差防止法相比，误差补偿法只需要测量研究对象的相关数据并进行统计，然后再利用归纳分析等方法对所得数据进行分析，找出数据误差的特点和变化规律，最后用得到的信息建立误差数学模型。误差补偿法就是为了抵消机床的原始误差而去制造一个误差。当以提高机床加工精度为目标时，创建一个人为补偿量时要注意所创建的补偿量一定要与原始的量方向相反且大小相等。

    PMAC（可编程多轴运动控制器）开放式数控机床的综合误差实时性补偿的原理是，利用基于PMAC开放式数控系统的半闭环前馈控制，将温度信号（由温度传感器测得）和位置信号（由位移传感器测得）由数据采集器传送到PMAC数控系统，然后对利用实验数据拟合而来的数学模型进行计算，得出该温度和位置下的误差量，再将误差逆向相加，由控制器控制刀具的走刀量，对综合误差进行补偿，使实际加工值接近于给定值。

1数控机床综合误差测量建模

    在实际加工过程中，机床的误差有很多种，如几何误差、加工误差、热（变形）误差、位置/定位误差、力（变形）误差、控制误差以及运动误差等［2］，其中，几何误差和热误差是需要重点考虑的误差元素［3］。

1.1几何误差测量建模

    几何误差主要是线性轴X轴和Z轴的定位误差，因此可以通过分析机床X轴和Z轴的几何误差建立其几何误差模型。使用激光干涉仪可以获得这两个轴较准确的几何误差［4］。由于机床的几何误差与环境温度的变化有着紧密的关系，因此建立几何误差模型时要将温度因素考虑进去。本文使用PT100温度传感器对机床上关键点的温度进行测量。

分析X轴和Z轴的几何误差，并用激光干涉仪和温度传感器等设备，分别对机床的X和Z正负向定位误差进行了精确测量，找到有关机床温度的关键点，如图1所示，从而建立去除热误差的几何误差模型。