【引言】

在數控機床加工零件的過程中,引起加工誤差的原因有很多方面。如機床零部件由于強度、剛度不夠引起而產生的變形，從而造成的誤差；還有因傳動件的慣性、電氣線路的時間滯后等原因帶來的加工偏差等。有些誤差通過調整機床可以消除，但有些無法消除，這就需要我們通過數控系統參數補償來消除。

目前，日本FANUC公司的數控系統在國內市場的占有率遠遠超過其他的數控系統。下面就以FANUC公司的數控系統為例來說明數控機床進給運動誤差參數補償方法。
01
常見進給運動誤差
運動誤差是指由于數控機床結構間的相對運動和結構本身的原因而使刀具與工件間產生的相對位置誤差，數控機床上常見進給運動誤差的原因有：

a
機床的熱變形，機床構件的扭曲與變形，傳動軸或絲杠在扭矩作用下的扭曲變形引起的無效運動，都會造成零件的加工偏差；
b
螺距誤差，開環和閉環數控機床的定位精度主要取決于滾珠絲杠的精度。但絲杠總會存在一定的螺距誤差，因此在加工過程中會造成零件的加工誤差；
c
齒隙或間隙，在齒輪傳動系統中，齒輪間隙是引起傳動誤差的一個主要原因。在絲杠螺母副傳動時，其間的齒隙以及溜板的歪斜也會產生傳動誤差。這類誤差統稱為齒隙誤差；
d
機床溜板的磨擦、磨損造成的誤差。
02
進給運動誤差的消除方法
進給運動誤差可分成兩類：一類是有常值系統性誤差，如螺距積累誤差、反向間隙誤差等；一類是變值系統性誤差，如熱變形等。

消除誤差的方法很多，可通過機械設計提高部件的剛度、強度，以減少變形；也可通過控制系統消除誤差。過去用硬件電子線路和擋塊補償開關實現補償，現在CNC系統中多用軟件進行誤差補償。

2.1 反向間隙誤差補償

在進給傳動鏈中，齒輪傳動、滾珠絲杠螺母副等均存在反向間隙，這種反向間隙會造成工作臺在反向運動時，電動機空轉而工作臺不動。這就使得半閉環系統產生誤差，全閉環系統位置環震蕩不穩定。

為補償反向間隙可先采用調整和預緊的方法來減少間隙。數控機床的機械結構采用了滾珠絲杠螺母副、貼塑涂塑導軌等傳動效率高的結構，滾珠絲杠螺母副又有雙螺母預緊結構，所以機械結構間隙不大，但由于傳動部件彈性變形等引起的誤差，所以靠機械調整很難補償。

對剩余誤差，在半閉環系統中可將其測出，作為參數輸入數控系統，此后每當坐標軸接受反向指令時，數控系統便調用間隙補償程序，更多數控知識微信搜索公眾號“數控編程教學”免費領取教程，自動將間隙補償值加到由插補程序計算出的位置增量指令中，以補償間隙引起的失動，即控制電機多走一點距離，這段距離等于間隙值，從而補償間隙誤差。

對于全閉環數控系統不能采取以上補償方法（通常將反向間隙補償參數調為零），只能從機械上減少甚至消除間隙。

有些數控系統具有全閉環反轉間隙附加脈沖補償功能，以減少這種誤差對全閉環系統穩定性的影響。即當工作臺反向運動時，對伺服系統施加一定寬度和高度的脈沖電壓（由參數設定）以補償間隙誤差。

2.2螺距誤差補償

螺距誤差是指由螺距積累誤差引起的常值系統性定位誤差。在半閉環系統中，定位誤差很大程度上受滾珠絲杠精度的影響。盡管滾珠絲杠的精度很高，但總存在著制造誤差。

要得到超過滾珠絲杠精度的運動精度，必須借助螺距誤差補償功能，利用數控系統對誤差進行補償與修正。另外，數控機床經過長時間使用后，由于磨損，其精度可能下降，利用螺距誤差補償功能進行定期測量與補償，可在保持精度的前提下延長機床的使用壽命。

螺距誤差補償的基本原理是將數控機床某軸的指令位置與高精度位置測量系統所測得的實際位置相比較，計算出在數控加工全過程上的誤差分布曲線，再將誤差以表格的形式輸入數控系統中。這樣數控系統在控制該軸運動時，會自動考慮到誤差值并加以補償。

采用螺距誤差補償功能應注意：

a
對重復定位精度較差的軸，因無法準確確定其誤差曲線，故螺距誤差補償功能無法實現，也就是說，該功能無法補償定位誤差；
b
只有建立機床坐標系后，螺距誤差補償才有意義；
c
 由于機床坐標系是通過返回參考點而建立的，因此在誤差表中參考點的誤差要為0；
d
必須采取比滾珠絲杠精度至少高一個數量級的檢測裝置來測量誤差分布曲線，常用于激光干涉儀來側量。
03
誤差補償參數的設置
下面就以FANUC系統為例，說明誤差補償參數的設置方法。

FANUC系統反向間隙補償參數：

1581 | 各軸的反向間隙補償量

數據形式：字軸型；

數據單位：檢測單位；

數據范圍：-9 999~9 999

設定各軸的反向間隙補償量。接通電源后，當機床向參考點相反的方向移動時，進行第一次反向間隙補償。

FANUC系統螺距誤差補償參數：

a.在參數3620中輸入每個軸參考點的螺距誤差補償的位置號；

b.在參數3621中輸入每個軸螺距誤差補償的最小位置號；

c.在參數3622中輸入每個軸螺距誤差補償的最大位置號；

d.在參數3623中輸入每個軸螺距誤差補償放大率；

e.在參數3624中輸入每個軸螺距誤差補償的位置間隔；

實例： 已知配置日本FANUC數控系統的銑床，行程為-400～+800 mm。確定螺距誤差補償位置間隔為50 mm；參考點的補償位置為40 mm。計算如下：
負方向最遠的補償號位置為：參考點的補償位置號-負方向的機床行程/補償位置間隔+1=40-400/50+1=33；正方向最遠的補償號位置為：參考點的補償位置號+正方向的機床行程/補償位置間隔=40+800/50=56。

機床坐標和補償位置之間的關系如圖1所示：

圖1 機床坐標和補償位置之間的關系

在坐標上各部分相對應的補償位置號處測量補償值。補償量如表1所示，將補償量畫在相應的補償位置處，如圖2所示。

位置補償號
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
補償值
-2
-1
-1
+2
0
+1
0
+1
+2
+1
位置補償號
43
44
45
46
47
48
49
…
56

補償值
0
-1
-1
-2
0
+1
+2
…
+1

表1 補償位置號與補償量關系表

圖2 螺距誤差補償位置及對應的補償值

螺距誤差補償參數設定如表2。

參數
設定值
3620：參考點補償位置號
40
3621：最小補償位置號
33
3622：最大補償位置號
56
3623：補償放大率
1
3624：補償位置間隔
50 000
表2螺距誤差補償參數號

【結語】

運動誤差是數控機床最常見的一種誤差形式，我們不但可以調整機床硬件結構消除該誤差，還可以通過設置機床參數來補償。只要仔細分析誤差產生的原因，就能找出相應的解決方法，從而提高數控機床的使用效率和使用壽命。